[发明专利]一种Gemini表面活性剂有机改性蒙脱土/聚乙烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Gemini表面活性剂有机改性蒙脱土/聚乙烯复合材料，采用Gemini季铵盐表面活性剂对天然蒙脱土进行有机改性，然后与聚乙烯基体进行混炼制备蒙脱土/聚乙烯复合材料。本发明采用的Gemini季铵盐表面活性剂能够有效插层进入蒙脱土层间，剥离蒙脱土片层，形成纳米结构蒙脱土，并可有效提升蒙脱土与聚乙烯基体之间的界面相互作用，有利于促进蒙脱土/聚乙烯复合材料的制备并改善其性能；本发明采用简单的混炼工艺即可实现蒙脱土/聚乙烯复合材料的制备，通过进行二次混炼和稀释，改善有机改性蒙脱土在聚乙烯基体中的分散性，并促进聚乙烯分子插层进入蒙脱土片层，改善聚乙烯基体低刚性的问题，有效提升其力学性能。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，涉及一种Gemini表面活性剂有机改性蒙脱土/聚乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚乙烯(PE)是目前使用最广泛的聚烯烃之一，占世界聚烯烃消费量的70％，热塑性通用塑料消费量的44％。PE具有轻量，低成本，高化学抗性，低介电常数和损耗，好的加工性能等优越的综合性能，并且能够回收循环利用，具有较好的环境友好性，具有良好的韧性等性能。广泛用于薄膜、片材、瓶、罐、桶等中空容器及其他各种注塑和吹塑制品、管材和电线、电缆的绝缘和护套等。但是由于PE分子的固有结构，聚乙烯的非极性和低刚性限制了其在某些领域的应用。

无机纳米粒子作为填料制备聚合物插层复合材料，相比于传统聚合物复合材料，具有良好的热稳定性和尺寸稳定性、添加量少、增强力学性能、阻隔性好、相容性好等优点，应用于复合材料，能够显著提升复合材料的综合性能。聚乙烯/蒙脱土复合材料一般采用熔融插层法、单体原位插层聚合法这两种方法制备。单体原位插层聚合制备聚乙烯复合材料，需要先对蒙脱土进行有机改性，并载入催化剂，再加入乙烯单体进行聚合；该方法制备的聚乙烯复合材料，蒙脱土在基体中分散均匀，有利于聚乙烯复合材料性能的提升；蒙脱土作为催化剂载体能够提升催化效率，但是蒙脱土孔穴中常含有杂质和极性官能团，常易于与催化剂作用，降低反应活性；同时，该反应步骤较为复杂，单体聚合反应不易控制，成本较高。聚合物熔融插层法制备聚乙烯复合材料，为增强聚乙烯和硅酸盐材料的相容性，一般通过加入相容剂如PE-g-MAH，或是在聚乙烯上接枝极性基团，增强聚乙烯的极性；一般需要对聚乙烯进行处理或是合成相容剂。

专利CN1569943A提供了一种聚乙烯蒙脱土纳米复合材料的制备方法，分别对蒙脱土和聚乙烯进行有机改性、以增加聚乙烯和蒙脱土之间的相容性、制备过程较为繁琐；专利CN102219872A公开了一种原位聚合制备聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的方法，制备过程中涉及大量有机溶剂的使用，且反应过程较为复杂，不易控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种Gemini表面活性剂有机改性蒙脱土/聚乙烯复合材料，采用Gemini表面活性剂对蒙脱土进行有机改性，用有机蒙脱土制备一种聚乙烯/有机改性蒙脱土复合材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种Gemini表面活性剂有机改性蒙脱土/聚乙烯复合材料的制备方法，它包含以下步骤：

1)将蒙脱土加入分散介质中，超声搅拌均匀，然后加入Gemini表面活性剂，在60～90℃温度条件下进行二次超声搅拌，然后经抽滤、洗涤、干燥、研磨，得有机改性蒙脱土；

2)将所得有机改性蒙脱土和聚乙烯按(2～10):1的质量比置于密炼机中进行机械共混，得混合料I；再次加入聚乙烯进行二次机械共混，再经挤出造粒，得Gemini表面活性剂有机改性蒙脱土/聚乙烯复合材料。

上述方案中，所述Gemini表面活性剂的结构式见式I：

式中，R为C₁₈H₃₇。

上述方案中，所述机械共混温度为160～200℃；所述机械共混采用的搅拌速度为20～150rpm。