CN107011560A - 一种提高聚乙烯耐热性的功能母粒 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及功能性母料领域，具体公开了一种提高聚乙烯耐热性的功能母粒，由载体树脂、聚双马来酰亚胺树脂、交联剂、氮化硅纤维、纳米级二氧化硅粉、纳米级萤石粉、高岭土粉、莫来石粉、偶联剂、分散剂制备而成，其中载体树脂为聚乙烯树脂。本发明的功能母粒添加到聚乙烯中，聚马来酰亚胺树脂交联改变聚乙烯的网状交联结构并经碳化硅纤维协同强化，提升聚乙烯的耐热性。二氧化硅、萤石粉可以限制聚乙烯内的链段运动而进一步提升耐热性。高岭土、莫来石的高耐温性和大比热容强化了交联聚双马来酰亚胺树脂以及添加二氧化硅和萤石粉的效果。另外本发明的功能母粒在聚乙烯中的分散程度好，使用安全。
Description
技术领域
本发明涉及功能性母料领域，具体涉及一种用于提高聚乙烯树脂耐热性的功能母粒。
背景技术
聚乙烯(PE)是经乙烯聚合制得的一种热塑性树脂，无臭、无毒、手感似蜡，具有优良的耐低温性能。聚乙烯树脂的化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀，而且电绝缘性优良，用途十分广泛，可用于制作薄膜、包装材料、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，也可用于电视、雷达等所需的高频绝缘材料。但是聚乙烯的耐热性不高，热变形温度低，其中低密度聚乙烯的使用温度在80℃左右，高密度聚乙烯在无载荷情况下的长期使用密度也不超过121℃，在受力的条件下即使很小的载荷，其变形温度也很低。聚乙烯的低耐热性限制了聚乙烯在某些耐温领域的应用。中国专利CN200710188149，专利名称耐热增强聚乙烯管材及其制备方法，公开日期2008年3月26日，公开了一种采用乙烯和辛烯共聚、控制侧链数量和分布得到独特分子结构的耐热聚乙烯管材的方法，以提高聚乙烯的耐热性，但是这种方法对于聚乙烯颗粒原料不具有普适性，而且聚乙烯耐热性的提高有限。
母粒是将超常量改性化学助剂均匀负载在载体树脂中而得到的粒状聚集体。将母粒添加加在目标树脂中，母粒的分散效果好使目标树脂性能均匀，母粒的载体树脂与目标树脂的相容性好，母粒的使用安全、功能全面。
发明内容
针对聚乙烯的耐热性的不高而限制了聚乙烯的应用的问题，本发明的目的在于提供一种用于提高聚乙烯耐热性的功能母粒，添加到聚乙烯树脂中能够显著提高聚乙烯树脂的耐热性，且在聚乙烯树脂中分散均匀，保持树脂性能稳定。
本发明提供如下的技术方案：
一种提高聚乙烯耐热性的功能母粒，由以下重量份的组份制备而成：载体树脂100～120份、聚双马来酰亚胺树脂20～30份、交联剂1～3份、氮化硅纤维5～8份、纳米级二氧化硅粉10～15份、纳米级萤石粉8～12份、高岭土粉5～7份、莫来石粉3～5份、偶联剂0.8～1份、分散剂0.2～0.6份，其中载体树脂为聚乙烯树脂。
本发明的提高聚乙烯耐热性的功能母粒，采用聚乙烯树脂作为载体树脂，使功能母粒添加到聚乙烯中与聚乙烯的相容性好，能够保证添加功能母粒的聚乙烯性能均匀一致。聚双马来酰亚胺树脂因含有苯环、酰亚胺杂环及交联密度较高而具有优良的耐热性，其玻璃化温度一般大于250℃，使用温度范围为177℃～232℃。聚双马来酰亚胺树脂的起始热分解温度随交联密度在一定范围内增大而升高。将聚马来西酰亚胺树脂与聚乙烯进行共混交联，提高聚乙烯的交联程度以提高聚乙烯的耐热性，而聚马来酰胺树脂经聚乙烯交联后的起始分解温度增加，耐热性也提高，反过来进一步改善聚乙烯的耐热性。碳化硅纤维是优良的耐热材料，碳化硅纤维的β-碳化硅结构可有助于聚乙烯中网状交联结构的形成，协同聚乙烯与聚双马来酰亚胺树脂的交联度，提升聚乙烯的耐热性。纳米级二氧化硅粉表面的硅羟基与酰胺中的氢原子或羟基形成氢键，纳米级萤石粉中的氟也因具有较强的电负性而与酰胺中的氢原子或羟基形成氢键，从而相互协同形成对聚乙烯树脂内的链段热运动的限制约束，提高尼龙树脂的耐热性。高岭土粉和莫来石均为无机耐热材料，具有较高的耐火温度和较大的比热容，可以有效的分散部分热量，强化聚双马来酰亚胺树脂提高聚乙烯耐热性的效果。
作为本发明的一种改进，所述交联剂为氧化锌、三氧甲基硅烷、醋酸锌或异丙醇铝中的一种。交联剂可以提高聚双马来酰亚胺树脂与聚乙烯树脂之间的交联程度，紧密化聚乙烯树脂内部的网状交联结构。氧化锌、三氧甲基硅烷、醋酸锌以及异丙醇铝的性能稳定、用量少，能够有效提升树脂的耐热性、粘合性和机械强度。
作为本发明的一种改进，所述偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂或环氧基硅烷偶联剂中的一种。偶联剂可以有效改善聚乙烯、聚双马来酰亚胺与二氧化硅、萤石粉以及莫来石、高岭土之间的界面性能，提升聚乙烯树脂的耐热、耐老化性能。同时乙烯基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂的耐热性好，并能改善纳米级二氧化硅、纳米级萤石粉、高岭土粉和莫来石粉的分散效果以及与树脂之间的粘合性，提高树脂的耐候性、机械和电学性能。
作为本发明的一种改进，所述分散剂为木质素纤维或粘胶纤维中的一种。分散剂使二氧化硅、萤石粉、高岭土粉和莫来石粉在聚乙烯树脂中间聚均匀分散，避免出现团结，保证聚乙烯树脂性能均匀，而且木质素纤维、粘胶纤维的耐热性能好、韧性强，可改善聚乙烯树脂的机械性能和耐候性。
一种提高聚乙烯耐热性的功能母粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将重量份的各原料组份混合搅拌均匀；(2)保持螺杆造粒机的搅拌速度80～120r/min、各段温度处于130～190℃内，将混合物料投入螺杆造粒机中挤出成粒；(3)将所得颗粒在100～120℃下通风干燥1～3小时；(4)将干燥后的颗粒经-15目～+18目的筛网过筛。
将原料在投料前搅拌均匀保证功能母粒性能一致。保持螺杆造粒机的搅拌速度处于80～120r/min内、各段温度处于130～190℃内挤出的颗粒的成分均匀。经进一步风吹干燥后使颗粒表面结构均匀稳定，确保颗粒的功能稳定，便于长期存放。经筛网过筛的颗粒既保证粒径均匀分散，又避免出现粒径过大影响功能母粒添加到聚乙烯中的熔融分散效果。
作为本发明的一种改进，步骤(2)中螺杆造粒机各段的加热温度分别为：一段130～145℃、二段145～160℃、三段160～170℃、四段170～180℃、五段180～185℃、六段185～190℃，模头温度为180～185℃。通过设定螺杆造粒机的各段的操作温度逐渐上升，使物料均匀混合并逐渐熔融，保证功能母粒的性能稳定。
作为本发明的一种改进，所述螺杆造粒机的长径比为10～13。螺杆加压充分，制品的物理机械性能均可提高。螺杆造粒机保持合适的长径比可确保物料塑化效果好，挤出物料过程平稳，而且挤出量提高。
本发明的有益效果如下：
本发明的提高聚乙烯耐热性的功能母粒添加到聚乙烯树脂中，通过与聚马来酰亚胺树脂共混交联，聚乙烯形成网状交联结构并经碳化硅纤维协同强化，提升聚乙烯的耐热性。在聚乙烯树脂中添加的二氧化硅、萤石粉可以限制聚乙烯内的链段运动而进一步提升耐热性。高岭土、莫来石的高耐温性和大比热容强化了交联聚双马来酰亚胺树脂以及添加二氧化硅和萤石粉的效果。另外本发明的功能母粒性能均匀，在聚乙烯中的分散程度好，使用安全。
具体实施方式
下面就本发明的具体实施方式作进一步说明。
如无特别说明，本发明中所采用的原料均可从市场上购得或是本领域常用的，如无特别说明，下述实施例中的方法均为本领域的常规方法。
实施例1：
一种提高聚乙烯耐热性的功能母粒，由以下组份制备而成：载体树脂100g、聚双马来酰亚胺树脂20g、交联剂1g、氮化硅纤维5g、纳米级二氧化硅粉10g、纳米级萤石粉8g、高岭土粉5g、莫来石粉3g、偶联剂0.8g、分散剂0.2g，其中载体树脂为聚乙烯树脂，交联剂优选氧化锌、三氧甲基硅烷、醋酸锌或异丙醇铝中的一种，偶联剂优选乙烯基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂或环氧基硅烷偶联剂中的一种，分散剂优选木质素纤维或粘胶纤维中的一种。
一种提高聚乙烯耐热性的功能母粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将各原料组份混合搅拌均匀，混合温度50℃，搅拌速度40r/min；(2)保持螺杆造粒机的搅拌速度80r/min、各段温度处于130～190℃内，螺杆造粒机的长径比优选为10。将混合物料投入螺杆造粒机中挤出成粒，其中各段的优选加热温度范围分别为：一段130～145℃、二段145～160℃、三段160～170℃、四段170～180℃、五段180～185℃、六段185～190℃，模头温度为180～185℃；(3)将螺杆造粒机挤出的颗粒在100℃下通风干燥3小时；(4)将干燥后的颗粒经-15目～+18目的筛网过筛，制得所要的功能母粒。
实施例2：
一种提高聚乙烯耐热性的功能母粒，由以下组份制备而成：载体树脂110g、聚双马来酰亚胺树脂25g、交联剂2g、氮化硅纤维6.5g、纳米级二氧化硅粉12.5g、纳米级萤石粉10g、高岭土粉6g、莫来石粉4g、偶联剂0.9g、分散剂0.4g，其中载体树脂为聚乙烯树脂，交联剂优选氧化锌、三氧甲基硅烷、醋酸锌或异丙醇铝中的一种，偶联剂优选乙烯基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂或环氧基硅烷偶联剂中的一种，分散剂优选木质素纤维或粘胶纤维中的一种。
一种提高聚乙烯耐热性的功能母粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将各原料组份混合搅拌均匀，混合温度50℃，搅拌速度40r/min；(2)保持螺杆造粒机的搅拌速度100r/min、各段温度处于130～190℃内，螺杆造粒机的长径比为11.5，将混合物料投入螺杆造粒机中挤出成粒，其中各段的优选加热温度范围分别为：一段130～145℃、二段145～160℃、三段160～170℃、四段170～180℃、五段180～185℃、六段185～190℃，模头温度为180～185℃；(3)将螺杆造粒机挤出的颗粒在110℃下通风干燥2小时；(4)将干燥后的颗粒经-15目～+18目的筛网过筛，制得所要的功能母粒。
实施例3：
一种提高聚乙烯耐热性的功能母粒，由以下组份制备而成：载体树脂120g、聚双马来酰亚胺树脂30g、交联剂3g、氮化硅纤维8g、纳米级二氧化硅粉15g、纳米级萤石粉12g、高岭土粉7g、莫来石粉5g、偶联剂1g、分散剂0.6g，其中载体树脂为聚乙烯树脂，交联剂优选氧化锌、三氧甲基硅烷、醋酸锌或异丙醇铝中的一种，偶联剂优选乙烯基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂或环氧基硅烷偶联剂中的一种，分散剂优选木质素纤维或粘胶纤维中的一种。
一种提高聚乙烯耐热性的功能母粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将各原料组份混合搅拌均匀，混合温度50℃，搅拌速度40r/min；(2)保持螺杆造粒机的搅拌速度120r/min、各段温度处于130～190℃内，螺杆造粒机的长径比优选为13，将混合物料投入螺杆造粒机中挤出成粒；(3)将螺杆造粒机挤出的颗粒在120℃下通风干燥1小时；(4)将干燥后的颗粒经-15目～+18目的筛网过筛，制得所要的功能母粒。
改性测试
向低密度聚乙烯树脂中分别添加质量百分比为5％的本发明的实施例1、实施例2、实施例3功能母粒得到改性的聚乙烯树脂并制成测试所需的试验样件，分别为试验样1、试验样2和试验样3，未添加本发明的功能母粒的低密度聚乙烯树脂制备的试验样件为对比样。对试验样1、试验样2和试验样3和对比样进行测试，测试结果如表1所示。
其中热变形温度测试标准：GB/T1035-1970；拉伸强度测试标准：ASTM D882；冲击强度测试标准：GB/T 1843-2008。
表1测试结果
| 项目 | 试验样1 | 试验样2 | 试验样3 | 对比样 |
| 热变形温度 | 100.9℃ | 101.5℃ | 100.2℃ | 78.5℃ |
| 拉伸强度 | 28.0MPa | 27.5MPa | 28.2MPa | 26.4MPa |
| 23℃冲击强度 | 22.7KJ/m2 | 21.9KJ/m2 | 22.3KJ/m2 | 22KJ/m2 |
本发明的提高聚乙烯耐热性的功能母粒添加到聚乙烯树脂中可有效提升聚乙烯的耐热性，而且添加后的聚乙烯性能均匀稳定。
Claims (7)
1.一种提高聚乙烯耐热性的功能母粒，其特征在于，由以下重量份的组份制备而成：载体树脂100～120份、聚双马来酰亚胺树脂20～30份、交联剂1～3份、氮化硅纤维5～8份、纳米级二氧化硅粉10～15份、纳米级萤石粉8～12份、高岭土粉5～7份、莫来石粉3～5份、偶联剂0.8～1份、分散剂0.2～0.6份，其中载体树脂为聚乙烯树脂。
2.根据权利要求1所述的一种提高聚乙烯耐热性的功能母粒，其特征在于，所述交联剂为氧化锌、三氧甲基硅烷、醋酸锌或异丙醇铝中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种提高聚乙烯耐热性的功能母粒，其特征在于，所述偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂或环氧基硅烷偶联剂中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种提高聚乙烯耐热性的功能母粒，其特征在于，所述分散剂为木质素纤维或粘胶纤维中的一种。
5.一种如权利要求1至4任一所述的提高聚乙烯耐热性的功能母粒的制备方法，包括以下步骤：（1）将重量份的各原料组份混合搅拌均匀；（2）保持螺杆造粒机的搅拌速度80～120r/min、各段温度处于130～190 ℃内，将混合物料投入螺杆造粒机中挤出成粒；（3）将所得颗粒在100～120 ℃下通风干燥1～3小时；（4）将干燥后的颗粒经-15目～+18目的筛网过筛。
6.根据权利要求5所述的一种提高聚乙烯耐热性的功能母粒的制备方法，其特征在于，步骤（2）中螺杆造粒机各段的加热温度分别为：一段130～145 ℃、二段145～160 ℃、三段160～170 ℃、四段170～180℃、五段180～185℃、六段185～190℃，模头温度为180～185℃。
7.根据权利要求5所述的一种提高聚乙烯耐热性的功能母粒的制备方法，其特征在于，所述螺杆造粒机的长径比为10～13。
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