本發(fā)明涉及高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及聚乙烯與蒙脫土負(fù)載二氧化鈦復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚合物/納米粒子復(fù)合材料由于具有令人矚目的機(jī)械性能、熱性能、電性能、光性能等，已成為目前復(fù)合材料研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。聚乙烯PE是以乙烯為單體，經(jīng)催化聚合、造粒而制得的一種熱塑性樹脂，其無臭，無毒，手感似蠟，具有優(yōu)良的耐低溫性能(最低使用溫度可達(dá)-100～-70℃)且化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐大多數(shù)酸堿的侵蝕(不耐具有氧化性質(zhì)的酸)。然而該材料也存在一定的不足，如低溫緩沖性能差，較易老化，后期加工成型耐熱性差，拉伸強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，極大的限制了其在高端工程領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用。
蒙脫土MMT是一種硅酸鹽的天然礦物，為膨潤土礦的主要礦物組分，是一類由納米厚度的表面帶負(fù)電的硅酸鹽片層，依靠層間的靜電作用而堆積在一起構(gòu)成的土狀礦物，其晶體結(jié)構(gòu)中的晶胞是由兩層硅氧四面體中間夾一層鋁氧八面體構(gòu)成。具有獨(dú)特的一維層狀納米結(jié)構(gòu)和陽離子交換性特性。經(jīng)改性的蒙脫土具有很強(qiáng)的吸附能力，良好的分散性能，可以廣泛應(yīng)用高分子材料行業(yè)作為納米聚合物高分子材料的添加劑，提高抗沖擊、抗疲勞、尺寸穩(wěn)定性及氣體阻隔性能等，從而起到增強(qiáng)聚合物綜合物理性能的作用，同時改善物料加工性能。納米二氧化鈦，亦稱鈦白粉，直徑在100納米以下，產(chǎn)品外觀為白色疏松粉末。具有良好的抗紫外線、抗菌、自潔凈、抗老化等性能，可廣泛用于化妝品、功能纖維、塑料、油墨、精細(xì)陶瓷等領(lǐng)域，但由于其比表面積很大，且為無機(jī)物，很難與普通的有機(jī)聚合物相容，極大地限制了其在高分子復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種聚乙烯/蒙脫土負(fù)載二氧化鈦復(fù)合材料及其制備方法，解決聚乙烯低溫緩沖性能差，較易老化，后期加工成型耐熱性差，拉伸強(qiáng)度低的缺點(diǎn)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種聚乙烯/蒙脫土負(fù)載二氧化鈦復(fù)合材料，由以下重量份的原料混合而成：高密度聚乙烯100份，蒙脫土負(fù)載二氧化鈦5～10份，相容劑1～5份。
作為優(yōu)選，由以下重量份的原料混合而成：高密度聚乙烯100份，蒙脫土負(fù)載二氧化鈦8份，相容劑3份。
作為優(yōu)選，由以下重量份的原料混合而成：高密度聚乙烯100份，蒙脫土負(fù)載二氧化鈦5份，相容劑2份。
作為優(yōu)選，由以下重量份的原料混合而成：高密度聚乙烯100份，蒙脫土負(fù)載二氧化鈦10份，相容劑5份。
作為優(yōu)選，所述的相容劑為聚乙烯接枝馬來酸酐、聚氧化乙烯POE、聚乙烯接枝環(huán)氧中的一種。
本發(fā)明還提供了一種聚乙烯/蒙脫土負(fù)載二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
(1)常溫下將蒙脫土加入到緩沖溶液中，超聲分散，然后將聚多巴胺加入到蒙脫土懸浮液中，常溫下攪拌，真空烘干，得到表面包覆聚多巴胺的蒙脫土；
(2)常溫?cái)嚢柘聦⒈砻姘簿鄱喟桶返拿擅撏良尤肼然瘹浜鸵宜峄旌先芤褐校缓笤?0℃-90℃下緩慢加入二氧化鈦前驅(qū)體，持續(xù)攪拌，真空烘干，得到蒙脫土負(fù)載二氧化鈦粉末；
(3)將蒙脫土負(fù)載二氧化鈦粉末與高密度聚乙烯置于高速混合機(jī)中、在200-500r/min轉(zhuǎn)速下混合7-10min，并同時添加配方比例的相容劑；
(4)將步驟(3)得到的共混物添加到螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行擠出造粒，擠出溫度為120-150℃，然后冷卻、切粒，得到聚乙烯/蒙脫土負(fù)載二氧化鈦復(fù)合材料。
作為優(yōu)選，步驟(1)中，常溫下將蒙脫土加入到pH值為6.5的緩沖溶液中，超聲分散2min，然后將多巴胺加入到蒙脫土懸浮液中，常溫下攪拌4h。
作為優(yōu)選，步驟(2)中，常溫劇烈攪拌下將表面包覆聚多巴胺的蒙脫土加入到0.2％的氯化氫和0.2％的乙酸溶液中，然后在60℃下緩慢加入二氧化鈦前驅(qū)體，持續(xù)攪拌12h。
作為優(yōu)選，步驟(2)中的二氧化鈦前驅(qū)體為鈦酸異丁酯、鈦酸丙酯、四氯化鈦、鈦酸四乙酯中的一種或者任意兩種以上。
本發(fā)明通過有機(jī)聚多巴胺成分將蒙脫土與二氧化鈦納米粒子組合在一起，使之在聚乙烯材料基體中良好分散，進(jìn)而提高材料的力學(xué)性能。通過本發(fā)明制得的聚乙烯/蒙脫土負(fù)載二氧化鈦復(fù)合材料具有拉伸強(qiáng)度提高47.2％～84.6％，沖擊強(qiáng)度提高30.4％～93.7％，且制備方法簡單易行，可以替代普通聚乙烯材料，降低材料成本。
具體實(shí)施方式
聚乙烯/蒙脫土負(fù)載二氧化鈦復(fù)合材料于由以下重量份的原料混合而成：高密度聚乙烯100份，蒙脫土負(fù)載二氧化鈦5～10份，相容劑1～5份。
其中，蒙脫土負(fù)載二氧化鈦的制備方法為：
(1)常溫下將蒙脫土加入到緩沖溶液中，超聲分散，然后將聚多巴胺加入到蒙脫土懸浮液中，常溫下攪拌，真空烘干，得到表面包覆聚多巴胺的蒙脫土；
蒙脫土占緩沖溶液的質(zhì)量百分比為10％～30％，以形成良好的分散效果。
多巴胺的加入量與蒙脫土的摩爾比1:1～1:5，多巴胺在緩沖溶液中形成的聚多巴胺具有表面改性功能，能增強(qiáng)蒙脫土與聚合物界面結(jié)合力。
(2)常溫?cái)嚢柘聦⒈砻姘簿鄱喟桶返拿擅撏良尤肼然瘹浜鸵宜峄旌先芤褐?，然后?0℃-90℃下緩慢加入二氧化鈦前驅(qū)體，持續(xù)攪拌，真空烘干，得到蒙脫土負(fù)載二氧化鈦粉末。
二氧化鈦前驅(qū)體與表面包覆聚多巴胺的蒙脫土之間的摩爾比為1:1～1:3，氯化氫與乙酸溶液按摩爾比1:2。二氧化鈦前驅(qū)體通過酸水解形成納米二氧化鈦。
步驟(1)中，常溫下將蒙脫土加入到pH值為6.5的緩沖溶液中，超聲分散2min，然后將多巴胺加入到蒙脫土懸浮液中，常溫下攪拌4h。多巴胺聚合的最佳條件為ph＝6.5，酸性過強(qiáng)或堿性條件下，多巴胺無法形成聚合物，從而難以對蒙脫土進(jìn)行改性。
步驟(2)中，常溫劇烈攪拌下將表面包覆聚多巴胺的蒙脫土加入到0.2％的氯化氫(質(zhì)量濃度)和0.2％的乙酸(質(zhì)量濃度)溶液中，然后在60℃下緩慢加入二氧化鈦前驅(qū)體，持續(xù)攪拌12h。60℃是二氧化鈦形成的最佳溫度，溫度過高形成的二氧化鈦顆粒太大，過低，反應(yīng)速率太慢。
下面通過實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明，但本發(fā)明不僅僅局限于以下實(shí)施例。
實(shí)施例1
本發(fā)明一種聚乙烯/蒙脫土負(fù)載二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法，包含如下步驟：
(1)常溫下將250g蒙脫土加入到pH值為6.5的緩沖溶液中，超聲分散2min，然后將10g多巴胺加入到蒙脫土懸浮液中，常溫下攪拌4h，真空烘干，得到表面包覆聚多巴胺的蒙脫土。
(2)常溫劇烈攪拌下將表面包覆聚多巴胺的蒙脫土加入到0.2％的氯化氫和0.2％的乙酸溶液中，然后在60℃下緩慢加入250g鈦酸異丁酯，持續(xù)攪拌12h，真空烘干，得到蒙脫土負(fù)載二氧化鈦粉末。
(3)將蒙脫土負(fù)載二氧化鈦粉末與10kg高密度聚乙烯置于高速混合機(jī)中、在200r/min轉(zhuǎn)速下混合7min，并同時添加100g聚乙烯接枝馬來酸酐相容劑。
(4)將步驟(3)得到的共混物添加到雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行擠出造粒，擠出溫度為120℃，然后通過40℃水槽冷卻、切粒，得到聚乙烯/蒙脫土負(fù)載二氧化鈦復(fù)合材料。
此實(shí)例制得的聚乙烯/蒙脫土負(fù)載二氧化鈦復(fù)合材料性能如下：拉伸強(qiáng)度達(dá)27.7MPa，沖擊強(qiáng)度達(dá)4.5KJ/m2，拉伸強(qiáng)度提高了84.6％，沖擊強(qiáng)度提高40.6％。
實(shí)施例2
本發(fā)明一種聚乙烯/蒙脫土負(fù)載二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法，包含如下步驟：
(1)常溫下將300g蒙脫土加入到pH值為6.5的緩沖溶液中，超聲分散2min，然后將15g多巴胺加入到蒙脫土懸浮液中，常溫下攪拌4h，真空烘干，得到表面包覆聚多巴胺的蒙脫土。
(2)常溫劇烈攪拌下將表面包覆聚多巴胺的蒙脫土加入到0.2％的氯化氫和0.2％的乙酸溶液中，然后在60℃下緩慢加入300g鈦酸異丁酯，持續(xù)攪拌12h，真空烘干，得到蒙脫土負(fù)載二氧化鈦粉末。
(3)將蒙脫土負(fù)載二氧化鈦粉末與10kg高密度聚乙烯置于高速混合機(jī)中、在300r/min轉(zhuǎn)速下混合8min，并同時添加150g聚乙烯接枝馬來酸酐相容劑。
(4)將步驟(3)得到的共混物添加到雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行擠出造粒，擠出溫度為130℃，然后通過35℃水槽冷卻、切粒，得到聚乙烯/蒙脫土負(fù)載二氧化鈦復(fù)合材料。
此實(shí)例制得的聚乙烯/蒙脫土負(fù)載二氧化鈦復(fù)合材料性能如下：拉伸強(qiáng)度達(dá)23.1MPa，沖擊強(qiáng)度達(dá)6.2KJ/m2，拉伸強(qiáng)度提高了54.6％，沖擊強(qiáng)度提高93.7％。
實(shí)施例3
本發(fā)明一種聚乙烯/蒙脫土負(fù)載二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法，包含如下步驟：
(1)常溫下將500g蒙脫土加入到pH值為6.5的緩沖溶液中，超聲分散2min，然后將30g多巴胺加入到蒙脫土懸浮液中，常溫下攪拌4h，真空烘干，得到表面包覆聚多巴胺的蒙脫土。
(2)常溫劇烈攪拌下將表面包覆聚多巴胺的蒙脫土加入到0.2％的氯化氫和0.2％的乙酸溶液中，然后在60℃下緩慢加入500g鈦酸異丁酯，持續(xù)攪拌12h，真空烘干，得到蒙脫土負(fù)載二氧化鈦粉末。
(3)將蒙脫土負(fù)載二氧化鈦粉末與10kg高密度聚乙烯置于高速混合機(jī)中、在500r/min轉(zhuǎn)速下混合10min，并同時添加500g聚乙烯接枝馬來酸酐相容劑。
(4)將步驟(3)得到的共混物添加到雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行擠出造粒，擠出溫度為150℃，然后通過35℃水槽冷卻、切粒，得到聚乙烯/蒙脫土負(fù)載二氧化鈦復(fù)合材料。
此實(shí)例制得的聚乙烯/蒙脫土負(fù)載二氧化鈦復(fù)合材料性能如下：拉伸強(qiáng)度達(dá)26.4MPa，沖擊強(qiáng)度達(dá)5.1KJ/m2，拉伸強(qiáng)度提高了76.3％，沖擊強(qiáng)度提高59.3％。