新型功能納米母粒的制備及應用

新型功能納米母粒的制備及應用

隨著人們對納米的認識有所提高，納米已被廣泛使用。尤其對塑料工業(yè)的發(fā)展影響越來越大,由于納米材料的特殊結構和超大的表面積,只要用2%～5%的納米顆粒通過熔融混合或原位聚合的方式加入到聚合物中,就可以極大改善該聚合物的熱力學性能、阻隔性能以及阻燃性能,并且它在提高材料的熱阻、尺寸穩(wěn)定性以及電導率方面要比標準填料性能優(yōu)越。使用納米顆粒做添加劑的聚合物材料已經滲透到了汽車、家電及包裝工業(yè),正以前所未有的速度發(fā)展,各種新型納米母粒相繼問市。筆者開發(fā)了新型功能納米碳酸鈣母粒,在色母和改性塑料中作為功能添加材料使用。1實驗1.1樣品、聚合物納米碳酸鈣:平均粒徑40～90nm,江西華明生產;超分散偶聯劑:EK602,上海易苛塑膠科技有限公司生產;鈦白粉:淮安飛楊,鎮(zhèn)江鎮(zhèn)鈦生產;聚乙烯:線性聚乙烯7042等,揚子石化生產;聚丙烯:F401,K8003,揚子石化,M1600,韓國三星等。1.2塑料、高速混合機密煉機:75L,臺灣產;雙螺桿擠出機:L/D=40,螺桿直徑35mm,南京誠盟塑料機械實業(yè)有限公司;高速混合機:張家港億利公司;萬能電子測試儀:美國INSTRON公司。1.3實驗步驟1.3.1納米碳酸鈣的表面活化將納米粉體置于高速混合機內,同時添加1.2%超分散偶聯劑,升溫并高速混合對納米碳酸鈣進行表面活化處理。70份上述處理的納米碳酸鈣,25份聚烯烴和5份助劑投入密煉機內,經充分密煉后造粒,即得以聚丙烯為載體的新型納米碳酸鈣母粒NA-70P。1.3.2改性聚丙烯性能上述制成的納米碳酸鈣母粒作為添加劑,用于改性聚丙烯,檢測改性后的聚丙烯性能;將納米碳酸鈣母粒替代部分鈦白粉生產白色母,檢測其白色母的性能。2結果與討論2.1納米母粒改性聚丙烯材料的力聚丙烯具有密度小,耐化學腐蝕性好,綜合性能優(yōu)異和成本低等優(yōu)點,是目前使用最為廣泛的通用塑料之一。但是,由于其脆性高,成型收縮率大,沖擊強度低和低溫性能差,使用時一般都要將其改性,以達到使用要求。一般增韌聚丙烯的方法是添加聚烯烴彈性體,如POE和EPDM等,但是成本上升,模量降低,收縮性能沒有改善。新型功能納米母粒能提高聚丙烯的沖擊性能,同時降低產品成本,收縮性能改善。表1為納米母粒改性均聚聚丙烯的機械性能,表2為納米母粒改性共聚聚丙烯的機械性能。由表1、表2可見,新型功能納米母粒對兩種聚丙烯都有好的增韌作用,共聚聚丙烯的增韌效果更佳,隨著納米母粒添加量的增加其沖擊強度都增強,但在添加20%后其沖擊強度的增強趨于平緩,拉伸強度和斷裂伸長率都隨著納米母粒的添加而降低。添加20%有比較好的綜合性能。納米碳酸鈣有大的比表面,經超分散偶聯劑處理后有與基體樹脂極好的親合性和優(yōu)異分散性,能均勻地分散在基體樹脂中,并與基體樹脂緊密的結合在一起。超分散偶聯劑與小分子偶聯劑不同,具有較大的分子量,有偶聯和分散功能,將納米碳酸鈣與基體樹脂連接在一起形成以納米粒子為核心的,超分散偶聯劑為殼層的特殊“核—殼”結構,殼層與基體樹脂有很好的親合和纏繞作用。由于超分散偶聯劑有較大的分子量可以起到更大的緩沖、形變和能量傳遞作用。在受到外力沖擊時,均勻分散于基體樹脂的納米粒子將作為能量的吸收中心,巨大的比表面與殼層形變產生的微銀紋將吸收沖擊能量,達到增韌的效果。納米粒子為剛性粒子使基體材料的拉伸強度和斷裂伸長率稍有降低。由于納米剛性粒子的存在,使得聚丙烯材料的韌性增加的同時模量不會下降。2.2新型功能納米母粒填充體系的協同作用滑石粉填充聚丙烯是一種使用較多的填充改性聚丙烯,主要是增加聚丙烯的剛性和尺寸穩(wěn)定性及耐熱性等。由于填充了滑石粉,使得聚丙烯的機械性能下降,尤其是沖擊性能,為了提高沖擊性能以達到使用要求,通常添加聚烯烴彈性體EPDM或POE。新型功能納米母粒也可作為該體系的增韌材料,并且與EPDM配合使用有更好的效果和協同作用,見表3、表4。由表3、表4可見,納米母粒的添加填充體系的沖擊性能提高,彈性體同樣也能增加體系的沖擊性能,并且斷裂伸長率也有提高,但剛性下降。納米母粒與EPDM同時添加于體系時,沖擊強度大幅提高,這是由于除了納米的“核—殼”增韌和彈性體的形變增韌外,少量彈性體與納米核殼的結合和兩種吸收沖擊能量方式同時作用的結果。2.3鈦白粉遮度在白色母中,用納米碳酸鈣母粒替代部分鈦白粉,其結果見表5。替代30%鈦白粉,其遮蓋度相當,或稍有降低,但白度基本沒變且略有增加。這是由于一方面納米碳酸鈣本身具有好的白度和一定的遮蓋性,另一方面納米材料的添加有利于鈦白粉的分散,從而改善白色母的白度和遮蓋度。3聚乙烯填充