基于原位接枝反应的高岭土插层复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及碳减排复合材料，具体地，涉及一种基于原位接枝反应的高岭土插层复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、高岭土(kaolin)是一种非金属矿产，是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土矿。质纯的高岭土呈洁白细腻、松软土状，具有良好的可塑性和耐火性等理化性质。用途十分广泛，主要用于造纸、陶瓷、耐火材料、涂料、橡胶填料、搪瓷釉料和白水泥等工业领域。用于高分子复合材料中具有碳减排的重要意义。

2、高岭土类矿物是由高岭石、地开石、珍珠石、埃洛石等高岭石簇矿物组成，主要矿物成分是高岭石。高岭石的晶体化学式为2sio2·al2o3·2h2o，属于1:1型层状硅酸盐，晶体主要由硅氧四面体和铝氧八面体组成，其中硅氧四面体以共用顶角的方式沿着二维方向连结形成六方排列的网格层，各个硅氧四面体未公用的尖顶氧均朝向一边；由硅氧四面体层和铝氧八面体层公用硅氧四面体层的尖顶氧组成了1:1型的单位层。层与层间由氢氧基形成的氢键连接，高岭土如形成插层结构，只有能与高岭土层形成强氢键的分子才可以插入层间【华东理工大学学报：自然科学版,1995,21(1):54-57】。

3、聚合物共混复合材料，是采用化学或物理的方法将两种或多种成分与聚合物混合到一起，成为一种多组分的聚合物，起到改善原有聚合物性能的改性方法。聚合物共混复合材料体系是多组分多相复合体系，其性能取决于各组分的性能、相界面状态和体系态结构。如体系相容性差、相界面结合不好，而致使其最终性能下降。

4、申请公开号为cn1563177a的中国专利公开了一种聚苯乙烯-马来酸酐/高岭土纳米复合材料，其步骤包括：将100份的马来酸酐和1.0-30份的经过有机插层改性的高岭土分散于100-500份的溶剂中，高速搅拌，形成稳定均匀的悬浮体系，其后加入到含有0.01-4份自由基引发剂的100-140份苯乙烯单体中，高速搅拌，并升高温度至60-80℃快速引发反应，沉淀制备聚苯乙烯-马来酸酣/高岭土纳米复合材料。该发明基于溶液液相反应，且多发生于苯乙烯-马来酸酐之间的共聚，而高岭土与聚合物之间并无设计反应结合；另外通过沉淀反应制备产物，极易使高岭土与共聚物因不同阶段沉降而导致分相，难以形成完美的纳米复合材料。

5、文献【塑料工业,2015,43(1):71】公开了一种聚丙烯/高岭土复合材料，它以钛酸酯偶联剂改性的高岭土为填料、马来酸酐接枝的聚丙烯为相容剂，与聚丙烯熔融共混制备复合材料，原材料均需预改性工作量较大，成本较高。

6、文献【高分子材料科学与工程,2012,28(10):121】公开了一种聚丙烯/改性煤系高岭土复合材料，煤系高岭土经过硅烷偶联剂表面改性后,与聚丙烯树脂熔融共混制备出聚丙烯/改性煤系高岭土复合材料，该方法中表面偶联剂与聚丙烯树脂之间并无可靠化学键合。

7、文献【合成树脂及塑料,1997,14(2):50】公开了一种聚乙烯/高岭土复合材料，它以聚合填充法将ziegler-natta催化剂负载于无机填料高岭土表面，通过引发单体在高岭土表面聚合，制备了一种聚乙烯/高岭土复合材料，该方法中需要把单体乙烯扩散迁移至催化剂附近才能产生有效聚合，受制于固相中的扩散效率难以得到较高分子量的聚乙烯。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于原位接枝反应的高岭土插层复合材料及其制备方法。

2、根据本发明的一个方面，提供一种基于原位接枝反应的高岭土插层复合材料的制备方法，包括：

3、将热引发剂溶解于溶剂型插层剂中，并通氮气除氧，得到混合溶液；

4、在所述混合溶液中加入高岭土，依次进行搅拌、过滤和真空干燥，得到引发剂插层高岭土；

5、提供聚合物材料，将所述聚合物材料和所述引发剂插层高岭土按预设比例预先混合均匀，用螺杆挤出机通过熔融挤出进行接枝反应，挤出后经造粒、干燥，得到基于原位接枝反应的高岭土插层复合材料。

6、可选地，所述将热引发剂溶解于溶剂型插层剂中，其中：所述热引发剂采用过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化苯甲酰、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢和偶氮二异丁腈中的任意一种或几种。

7、可选地，所述将热引发剂溶解于溶剂型插层剂中，其中：所述溶剂型插层剂采用n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、甲酰胺和甲醇中的任意一种或几种。

8、可选地，所述将热引发剂溶解于溶剂型插层剂中，其中：所述热引发剂与所述溶剂型插层剂的质量份数比例为(0.01～0.2):(10～100)。

9、可选地，在所述混合溶液中加入高岭土，其中：所述高岭土的粒径在100目数以上，所述高岭土与所述混合溶液的质量份数比例为1:(10.01～100.2)。

10、可选地，所述依次进行搅拌、过滤和真空干燥，其中：搅拌时间为1～4小时；真空干燥温度低于30℃，干燥时间为1～4小时。

11、可选地，所述提供聚合物材料，其中：所述聚合物材料采用聚丙烯、聚乙烯、尼龙、聚酯和聚乳酸中的任意一种或几种。

12、可选地，将所述聚合物材料和所述引发剂插层高岭土按预设比例预先混合均匀，其中：所述聚合物材料与所述引发剂插层高岭土的质量份数比例为(1～20):1。

13、可选地，所述用螺杆挤出机通过熔融挤出进行接枝反应，其中：螺杆挤出机的温度为190～210℃。

14、根据本发明的另一方面，提供一种基于原位接枝反应的高岭土插层复合材料，该材料利用上述的方法制备得到，所述复合材料中聚合物材料与高岭土的接枝率不低于18％。

15、与现有技术相比，本发明具有如下至少之一的有益效果：

16、1、本发明基于原位接枝反应，首先制备键合负载的引发剂插层高岭土，再将其与聚合物材料通过熔融挤出进行原位接枝反应，高温作用下产生的自由基引发实现高岭土与聚合物材料的接枝结合，得到具有稳定纳米级分散特征的高岭土插层聚丙烯复合材料。

17、2、本发明的制备工艺简单，无资源浪费与废料排放，实施环境安全可控。

技术特征：

1.一种基于原位接枝反应的高岭土插层复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于原位接枝反应的高岭土插层复合材料的制备方法，其特征在于，所述将热引发剂溶解于溶剂型插层剂中，其中：所述热引发剂采用过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化苯甲酰、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢和偶氮二异丁腈中的任意一种或几种。

3.根据权利要求1所述的基于原位接枝反应的高岭土插层复合材料的制备方法，其特征在于，所述将热引发剂溶解于溶剂型插层剂中，其中：所述溶剂型插层剂采用n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、甲酰胺和甲醇中的任意一种或几种。

4.根据权利要求1所述的基于原位接枝反应的高岭土插层复合材料的制备方法，其特征在于，所述将热引发剂溶解于溶剂型插层剂中，其中：所述热引发剂与所述溶剂型插层剂的质量份数比例为(0.01～0.2):(10～100)。

5.根据权利要求1所述的基于原位接枝反应的高岭土插层复合材料的制备方法，其特征在于，在所述混合溶液中加入高岭土，其中：所述高岭土的粒径在100目数以上，所述高岭土与所述混合溶液的质量份数比例为1:(10.01～100.2)。

6.根据权利要求1所述的基于原位接枝反应的高岭土插层复合材料的制备方法，其特征在于，所述依次进行搅拌、过滤和真空干燥，其中：搅拌时间为1～4小时；真空干燥温度低于30℃，干燥时间为1～4小时。

7.根据权利要求1所述的基于原位接枝反应的高岭土插层复合材料的制备方法，其特征在于，所述提供聚合物材料，其中：所述聚合物材料采用聚丙烯、聚乙烯、尼龙、聚酯和聚乳酸中的任意一种或几种。

8.根据权利要求1所述的基于原位接枝反应的高岭土插层复合材料的制备方法，其特征在于，将所述聚合物材料和所述引发剂插层高岭土按预设比例预先混合均匀，其中：所述聚合物材料与所述引发剂插层高岭土的质量份数比例为(1～20):1。

9.根据权利要求1所述的基于原位接枝反应的高岭土插层复合材料的制备方法，其特征在于，所述用螺杆挤出机通过熔融挤出进行接枝反应，其中：螺杆挤出机的温度为190～210℃。

10.一种基于原位接枝反应的高岭土插层复合材料，其特征在于，利用权利要求1-9任一项所述的方法制备得到，所述复合材料中聚合物材料与高岭土的接枝率不低于18％。

技术总结
本发明提供一种基于原位接枝反应的高岭土插层复合材料及其制备方法，所述方法包括：将热引发剂溶解于溶剂型插层剂中，并通氮气除氧，得到混合溶液；在所述混合溶液中加入高岭土，依次进行搅拌、过滤和真空干燥，得到引发剂插层高岭土；提供聚合物材料，将所述聚合物材料和所述引发剂插层高岭土按预设比例预先混合均匀，用螺杆挤出机通过熔融挤出进行接枝反应，挤出后经造粒、干燥，得到基于原位接枝反应的高岭土插层复合材料。本发明可以得到具有稳定纳米级分散特征的高岭土插层聚丙烯复合材料，制备工艺简单，无资源浪费与废料排放，实施环境安全可控。

技术研发人员：王银木
受保护的技术使用者：苏州优矿塑新材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6