新型功能納米母粒的制備及應(yīng)用

新型功能納米母粒的制備及應(yīng)用

隨著人們對(duì)納米的認(rèn)識(shí)有所提高，納米已被廣泛使用。尤其對(duì)塑料工業(yè)的發(fā)展影響越來(lái)越大,由于納米材料的特殊結(jié)構(gòu)和超大的表面積,只要用2%～5%的納米顆粒通過(guò)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(xué)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(dǎo)率方面要比標(biāo)準(zhǔn)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(jīng)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(wèn)市。筆者開(kāi)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(shí)驗(yàn)1.1樣品、聚合物納米碳酸鈣:平均粒徑40～90nm,江西華明生產(chǎn);超分散偶聯(lián)劑:EK602,上海易苛塑膠科技有限公司生產(chǎn);鈦白粉:淮安飛楊,鎮(zhèn)江鎮(zhèn)鈦生產(chǎn);聚乙烯:線性聚乙烯7042等,揚(yáng)子石化生產(chǎn);聚丙烯:F401,K8003,揚(yáng)子石化,M1600,韓國(guó)三星等。1.2塑料、高速混合機(jī)密煉機(jī):75L,臺(tái)灣產(chǎn);雙螺桿擠出機(jī):L/D=40,螺桿直徑35mm,南京誠(chéng)盟塑料機(jī)械實(shí)業(yè)有限公司;高速混合機(jī):張家港億利公司;萬(wàn)能電子測(cè)試儀:美國(guó)INSTRON公司。1.3實(shí)驗(yàn)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(jī)內(nèi),同時(shí)添加1.2%超分散偶聯(lián)劑,升溫并高速混合對(duì)納米碳酸鈣進(jìn)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(jī)內(nèi),經(jīng)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(cè)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(chǎn)白色母,檢測(cè)其白色母的性能。2結(jié)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(xué)腐蝕性好,綜合性能優(yōu)異和成本低等優(yōu)點(diǎn),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(qiáng)度低和低溫性能差,使用時(shí)一般都要將其改性,以達(dá)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(méi)有改善。新型功能納米母粒能提高聚丙烯的沖擊性能,同時(shí)降低產(chǎn)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(jī)械性能,表2為納米母粒改性共聚聚丙烯的機(jī)械性能。由表1、表2可見(jiàn),新型功能納米母粒對(duì)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(qiáng)度都增強(qiáng),但在添加20%后其沖擊強(qiáng)度的增強(qiáng)趨于平緩,拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)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(jīng)超分散偶聯(lián)劑處理后有與基體樹(shù)脂極好的親合性和優(yōu)異分散性,能均勻地分散在基體樹(shù)脂中,并與基體樹(shù)脂緊密的結(jié)合在一起。超分散偶聯(lián)劑與小分子偶聯(lián)劑不同,具有較大的分子量,有偶聯(lián)和分散功能,將納米碳酸鈣與基體樹(shù)脂連接在一起形成以納米粒子為核心的,超分散偶聯(lián)劑為殼層的特殊“核—?dú)ぁ苯Y(jié)構(gòu),殼層與基體樹(shù)脂有很好的親合和纏繞作用。由于超分散偶聯(lián)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(shí),均勻分散于基體樹(shù)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(chǎn)生的微銀紋將吸收沖擊能量,達(dá)到增韌的效果。納米粒子為剛性粒子使基體材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)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(shí)模量不會(huì)下降。2.2新型功能納米母粒填充體系的協(xié)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(jī)械性能下降,尤其是沖擊性能,為了提高沖擊性能以達(dá)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(xié)同作用,見(jiàn)表3、表4。由表3、表4可見(jiàn),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(zhǎng)率也有提高,但剛性下降。納米母粒與EPDM同時(shí)添加于體系時(shí),沖擊強(qiáng)度大幅提高,這是由于除了納米的“核—?dú)ぁ痹鲰g和彈性體的形變?cè)鲰g外,少量彈性體與納米核殼的結(jié)合和兩種吸收沖擊能量方式同時(shí)作用的結(jié)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(jié)果見(jiàn)表5。替代30%鈦白粉,其遮蓋度相當(dāng),或稍有降低,但白度基本沒(méi)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