一种增强型聚烯烃/粘土纳米复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及纳米复合材料技术领域，尤其是设及一种增强型聚締控/粘±纳米复 合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，为了提高聚締控的力学、气体阻隔性等性能，很多科研机构与公司尝试制 备聚締控/粘±纳米复合材料。粘±片层本身拥有极高的模量与强度、很大的比表面积等 优异特性。将其W合适的方法加入聚合物中能大幅提高所得产品的使用性能，拓展其使用 领域。
[0003] 一般而言，制备聚合物/粘±纳米复合材料有如下Ξ种方式：溶液法、原位聚合法 与烙融共混法。溶液法需要将聚合物与填料粘±同时溶解或稳定的分散于某种适当的溶剂 中，在二者均匀混合之后除去溶剂，干燥成型，得到复合材料。运种方法适用范围有限。首 先，聚合物必须有良溶剂，诸如高密度聚乙締、聚丙締等极难溶解的聚締控不能使用该法。 其次，溶液法需要使用大量溶剂，而且往往是有毒的有机溶剂，对环保极其不利且增加生产 成本。因此溶液法一般在实验室科研中使用，极少工业化生产。原位聚合法原理则是将聚合 催化剂负载于粘±片层，再与聚合物单体混合触发聚合反应，在聚合的同时制备复合材料。 原位聚合法适用于烙点较高、加工降解较为明显的聚合物。但是，由于需要对聚合反应催化 剂进行重新设计与合成，对整个反应设备参数进行调整，增加了成产难度与成本，不利于推 广。
[0004] 烙融共混法是目前使用最为广泛的纳米复合材料制备方法。该法利用共混时螺杆 的剪切力将粘上片层均匀的分散于聚合物烙体之中，可W使用注塑、挤出等多种方法制备 最终产品，适用范围最为广泛，前期投入与生产成本较低。但是，粘±的片层极性很高，与低 极性的聚締控主链相容性不好；且粘±片层与层间离子有很强的相互作用，因此难W使其 W单片层的状态分散进入聚合物基体，从而使粘±的改性效果得不到充分的发挥。为了解 决W上难题，目前普遍的做法是使用季锭盐通过离子交换的方法对粘±进行改性。季锭盐 能够降低粘±表面极性，并且扩大粘±的层间距W降低层间的相互作用，从而改善粘±在 聚合物中的分散。 阳〇化]上述方法虽然提高了粘±的分散性，却忽视了粘±与聚合物之间的相互作用。粘 ±表面天然存在的官能团较少，导致粘±与聚合物基体的界面性能较差，材料所受的外力 无法传递到刚性的填料，从而使填料的增强作用大幅削弱。在极端情况下填料甚至会转变 成外加的杂质，诱导材料过早的失效、断裂。同时，季锭盐的热稳定较低，严重限制了其在某 些高烙点聚合物中的应用。而通过偶联剂与粘±片层断面径基直接反应等方法引入活性基 团则受到粘±表面可供反应的径基数量的限制，难W大幅改进粘±的界面特性。同时，由于 粘±与聚合物的极性差异，在制备复合材料的过程中往往需要添加相容剂，如马来酸酢接 枝聚合物等，增加了生产成本。
【发明内容】
[0006] 为了克服【背景技术】中的不足，本发明公开了一种增强型聚締控/粘±纳米复合材 料，W及运种增强型聚締控/粘±纳米复合材料制备方法。不仅能提高粘±在聚合物中的 相容性与分散性，更能够W非常简便高效的方式在粘±表面引入官能团，从而在聚合物与 粘±填料之间构建较强的相互作用，在不使用任何添加剂的情况下大幅提升所得复合材料 的性能。
[0007] 为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种增强型聚締控/粘±纳 米复合材料，由聚締控与改性粘±烙融共混聚合而成；所述改性粘±由含有双键的偶联剂 反应预处理而成；所述粘±成分包括Si〇2和Al2〇3,所述粘±为粒度小于200目、结构为层状 或纤维状的娃侣酸盐矿物粉末。
[0008] 本发明所述粘±为高岭±、云母、蒙脱±、坡缕石、海泡石、赔石中的一种或几种。
[0009] 本发明所述粘±优选高岭±、云母、蒙脱±、坡缕石中的一种或几种。
[0010] 本发明所述蒙脱±为钢基蒙脱±或巧基蒙脱±中的一种或几种混合物。
[0011] 本发明所述聚締控及其衍生物为主链为碳链的聚合物。
[0012] 本发明所述聚締控及其衍生物为阳，PP，PS，PMMA，PVDF，PVC。
[0013] 一种增强型聚締控/粘±纳米复合材料的制备方法，包括W下步骤：
[0014] 1)将未经处理的粘±分散于溶剂中，制备浓度为0.l-25wt%稳定的悬浮液。 阳01引。在室溫至80°C、抑值3~11的条件下，加入含有碳碳双键的偶联剂，使其与粘 上反应，所述偶联剂与粘上的质量比例为偶联剂：粘±=10:1~1:100。
[0016] 如将步骤。中所得改性粘±与聚締控及其衍生物、自由基引发剂按混合，通过烙 融共混的方法制备聚合物/粘±纳米复合材料。
[0017] 本发明所述的增强型聚締控/粘±纳米复合材料的制备方法，中所用到的溶剂包 括水，醇类，苯及其同系物，丙酬，四氨巧喃或N，N-二甲基甲酯胺中的一种或几种。
[0018] 本发明所述偶联剂为含有碳碳双键的铁酸醋偶联剂、硅烷偶联剂或侣酸偶联剂。
[0019] 本发明所述自由基引发剂为热引发自由基引发剂，包括BP0,AIBN，DCP;所述聚合 物/粘±纳米复合材料中粘±含量为0.l-20wt%，引发剂含量为0. 001-5wt%。
[0020] 由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：在本发明中，无需与季锭盐 反应，粘±首先分散于溶剂中，再与含有双键的偶联剂反应，得到改性粘±。通过反应共混 的方法在烙融共混过程中使偶联剂中的双键打开，与聚締控及其衍生物反应，在粘±与聚 締控及其衍生物之间构建化学键的强相互作用。利用螺杆的剪切力使粘±在聚合物中分散 均匀，从而大幅提高材料力学性能等各方面性能。
【附图说明】 阳02U图1是本发明样品E的的阳沈Μ照片。 阳02引图2是本发明样品J的的阳沈Μ照片。
【具体实施方式】
[0023] 通过下面的实施例可W详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范 围内的一切技术改进。
[0024] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于W下实施例。 阳〇2引使用Instron5567力学性能测试仪，50KN传感器，拉伸速度50mm/min，测试溫度 为25°C，试样形状符合ASTMD638V标准。 阳0%] 粘±的改性： 阳〇27] 实施例1
[0028] 1克蒙脱±(MMT)分散于50克水中，加入偶联剂VinyltrichlorosilaneO. 5克，调 节抑至4, 50°C反应4小时。产物离屯、洗涂3次，80°C真空烘干至恒重，得到产物A。
[0029] 实施例2
[0030] 3克云母分散于100克水醇混合溶液中（水/乙醇=9/1，w/w)，加入偶联剂 Vinyltris(β-metho巧etho巧）silaneO. 03克，调节抑至4.8,室溫反应1小时。产物离屯、 洗涂3次，80°C真空烘干至恒重，得到产物B。