[发明专利]纳米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制备方法

说明书

本发明公开纳米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制备方法包括步骤：选用偶联剂对纳米级炭黑粒子表面修饰；开发界面增容剂，将界面增容剂、聚乙烯基底材料、修饰后的炭黑粒子加入混合器中熔融混合；根据混合器的结构参数运用模型确定各组分之间的配比关系；对界面结构参数与聚乙烯分子量、炭黑粒子分散度之间的数据关系分析评估；调整混合器中混合物的组分，并添加着色剂，对着色剂与炭黑粒子的晶体状态评估；根据分析评估结果按照组分重新配比最终混合物组分材料；以最终混合物为原料制备聚乙烯管材材料及管材。利用本发明的方法制备的聚乙烯管材材料克服了现有的材料的纳米炭黑分散性低，以及容易与聚合物熔体相分离的技术问题。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体地说涉及一种纳米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制备方法。

背景技术

炭黑(CB)是由芳香族化合物在一定的控制条件下不完全燃烧或热裂解而生成，其已广泛应用于塑料工业、橡胶工业、纤维工业、油墨颜料、塑料喷涂及复合材料增强等领域，因此激起了学术界和产业界的浓厚兴趣，但几乎所有的应用均涉及到炭黑的分散，因此研究炭黑的高效分散技术一直是其低成本、高附加值应用的重要课题。

炭黑除可赋予高导电性、高导热性、抗紫外等固有特性外，还可提高塑料制品的拉伸强度、冲击韧性和热稳定性。尤其近年来，纳米炭黑的出现为高性能塑料制品的设计提供了丰富的素材。众所周知，纳米炭黑具有表面能高，表面张力大的特点，而聚合物熔体表面张力较低，两者混合缺乏热力学相容性，导致两者界面处出现孔隙，存在相分离，从而影响共混材料的性能。事实上，结构合理的聚合物共混材料可兼具聚合物与炭黑的双重性能，其优良性能可否得以保持、功能性能否得以体现一定程度上取决于聚合物基体和炭黑粒子的固有性能以及两者之间的协同作用。事实上，优良性能的产生强烈依赖于无机粒子在聚合物基体中的良好分散。可见，纳米炭黑的均匀分散是赋予聚合物共混体系高性能的关键点和难点。

发明内容

本发明公开一种纳米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制备方法，利用该方法制备的聚乙烯管材材料克服了现有的材料的纳米炭黑分散性低，以及容易与聚合物熔体相分离的技术问题。

本发明公开一种纳米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：选用纳米级炭黑粒子，筛选偶联剂对炭黑粒子进行表面修饰；

步骤S2：开发界面增容剂，将界面增容剂、聚乙烯基底材料、步骤S1形成的炭黑粒子加入混合器中熔融混合；根据混合器的结构参数运用模型确定各组分之间的配比关系；

步骤S3：基于“洋葱状”界面结构模型计算界面结构参数，评估界面结构参数与聚乙烯分子量、炭黑粒子分散度之间的数据关系；

步骤S4：根据数据关系调整混合器中混合物的组分，并添加着色剂，计算不同分散状态下的着色剂与炭黑粒子的晶体和非晶体两相结构模型；

步骤S5：根据所述模拟效果确定的各组分之间的配比关系、界面结构参数和两相结构模型，重新配比最终混合物组分材料；

步骤S6：以最终混合物为原料制备聚乙烯管材材料，并利用聚乙烯管材材料制作管材；

步骤S7：对制作的管材的性能指标进行检测，根据检测结果在对最终混合物进行微调。

进一步地，所述偶联剂为无需水解可用钛酸酯类；所述钛酸酯类的异丙氧基与炭黑纳米粒子的表面羟基反应从而实现表面修饰。

进一步地，所述界面增容剂为PET熔体。

进一步地，所述步骤S2中的配比关系的确定方法包括：基于混合器的结构参数，采用有限元分析推导聚乙烯和炭黑熔体的加权平均总应变、混合单元的分流数、混合度计算式，并运用软件模型对混合器包括速度场、温度场、压力场在内的流场进行数值模拟，根据模拟结果重新确定配比关系。