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| 塑料改性用纳米级功能母粒的制备方法 | |
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本发明涉及功能母粒的制备方法，特别是一种塑料改性用纳米级功能母粒的制备方法。
背景技术
众所周知，纳米科技是20世纪80年代末诞生并正在崛起的新科学技术。纳米材料具有广泛应用价值，得到世界各国的一致肯定，纷纷投入巨资进行开发；纳米技术也引起我国政府、科学界及社会各界的重视和关注，我国政府把纳米技术列入国家“攀登计划”和国家“重大攻关项目”，科学院等一些科研机构、大专院校对开发纳米技术制定计划、部署方案进行纳米技术研制工作；纳米材料被列入S-863计划范围，纳米材料的研究和应用领域正蓬勃展开。
纳米材料的定义：纳米是长度计量单位，1纳米（nm）是1m的十亿分之一；纳米粒子是指粒径为1-100nm的粒子，当粒径达到一定细度后其凝聚的倾向就相当严重。纳米粒子粒径小、表面能大、极易团聚，所以如何解决团聚问题使纳米粒子在基体材料中达到充分均匀地分布、分散就成了影响复合改性材料性能的关键。由于纳米粒子存在很大的界面自由能，粒子极易自发团聚，要将无机纳米粒子直接分散于有机基质中制备聚合物纳米复合材料，通过必要的化学预分散和物理机械分散技术打开纳米粒子团聚体，将其均匀地分散到聚合物基体材料中并与基体材料产生有良好的亲和性，首先考核的是纳米材料是不是真正以纳米粒子的形式分散到塑料基体中，其次是纳米粒子与塑料基体是否达到真正相容，只有当纳米材料真正以纳米粒子的形式均匀分散到塑料基体中，而且与塑料基体真正相容，并发生纳米尺度上的改性后的塑料才是真正的纳米塑料。
历年来，纳米材料一直是科技界研究的热点。但就纳米粉体而言，无论是制备还是应用纳米材料的分散都是纳米材料制备的关键。纳米材料作为一项高新技术在塑料的高性能化改性中、开发应用特殊性能的纳米塑料是有重要的实际意义，尤其是纳米塑料表现出同时增强、增韧的特性，改善力学性能以及其它性能是表现出的“纳米效应”，更为开拓纳米塑料的应用领域开辟了广阔的前景。
本发明技术是克服由于纳米粒子巨大的表面能为防止纳米粒子团聚，在共凝前结合表面偶联剂进行处理技术的同时进行熔融共混以及特殊的机械共混技术，以求达到纳米粒子与树脂基体材料复合均匀分布、分散的进行，以控制纳米粒子的尺寸形态均匀地分散在基体树脂中。由于纳米粒子表面活性大、极易发生团聚，使用载体材料纳米材料经界面改性偶联剂对其进行表面处理，使其表面部分钝化，有利分散使改性材料性能得到提高；从理论上讲光靠机械力是难以把凝聚体打开的；采用本发明的共混改性方法对纳米级粉体填料与塑料基体的界面改性，制备综合性能优良的复合材料。
采用熔融共混法制备纳米塑料：
由于纳米粒子高的表面能容易团聚在塑料基体中难以分散，采用熔融机械分布、分散共混法进行改性时，在共混前先对载体材料（如：乙烯辛烯共聚物）进行偶联剂（如：硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂）表面处理后纳米粒子加入到熔融树脂中共混分布、分散塑化加工成型。利用偶联剂表面包覆载体材料改性技术覆盖于纳米粒子表面而赋予粒子表面新的性质，适当的表面修饰可有效地钝化纳米粒子的表面防止硬团聚的产生；仅利用现有的表面活化、共混技术难以获得纳米尺度的均匀分布、分散混合，也就无法体现纳米材料所特有的性能特征，因而如何加强对表面活化处理技术与熔融机械分布、分散共混技术的研究创新、控制纳米相的团聚与分散，有效地防止纳米粒子在制备和应用过程中的团聚、保持纳米尺寸，对纳米材料的研究无疑有着重要的意义，当纳米粒子以纳米尺度均匀地分散于聚合物基体中之后将能大大改进和提高复合改性材料的综合性能，故纳米粒子在聚合物中达到均匀分布、分散就成了影响复合改性材料性能的关键。
本发明的目的在于提供一种塑料改性用纳米级功能母粒的制备方法，主要解决纳米级功能母粒在制造中的团聚问题，使纳米粒子在聚合物基体中达到均匀分布、分散，有利于实现大规模工业化连续性生产。
为实现上述目的，本发明是这样实现的。
本发明的塑料改性用纳米级功能母粒的制备方法，其特征在于它是采用“两步法”，a前期偶联剂表面修饰处理，b后期熔融共混机械改性以密炼和往复式单螺杆机组连续相均匀分布、分散混炼挤出成型，消除导致纳米颗粒的团聚“瓶颈”技术。
所述的纳米级功能母粒的制备方法，其特征在于所述的前期偶联剂表面修饰处理，表面改性偶联剂是硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂进行修饰处理，是利用偶联剂“分子桥”功能改变颗粒表面形态结构与能态分布，不但可增加无机纳米粒子与有机聚合物基体之间的亲和性，更加有利于纳米粒子的分散，从原理上消除导致纳米硬团聚的化学键因素。
所述的纳米级功能母粒的制备方法，其特征在于所述的后期熔融共混连续挤出成型、机械粉碎室制备超细粉体的重要方法之一，聚合物在机械粉碎过程中颗粒细化的同时粉体的形态结构、物理化学性质将产生变化，在应力承受点或受压力反复作用的局部区域将产生力化学反应，产生常规化学过程不能得到的非平衡态结构，成为通用高分子材料高性能和功能化的重要途径之一。如：聚合物纳米复合材料的制备是经表面处理消除硬团聚因素的纳米粒子，其粒子间仍然会通过范德华力和库仑力等作用产生物理吸附形成软团聚。因此与前期纳米填料表面改性效果好坏一样，后期成型加工设备分散性能的优劣对纳米复合材料的最终性能更有重要影响，在后期加工中采用间歇式密炼机分布混炼塑化和连续往复式单螺杆混炼挤出机分散能力强大的结构新颖的组合熔融共混混炼塑化，使纳米离自己均匀分布、分散于聚合物基体中，达到对聚合物纳米改性的目的，尚能较好地解决纳米粒子软团聚的技术“瓶颈”问题。
所述的纳米级功能母粒的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：将复合体系中原料按组分比例经自动计量秤计量配制后加入告诉混合机进行混合均匀处理；
步骤二：将混合均匀处理的原料输入到斗式密炼机进行密炼分布塑化呈不规则的团、块状物料；
步骤三：将经过密炼机分布塑化后的团、块状物料通过自动翻斗提升机输送到双腕螺杆喂料机后，再送入往复式单螺杆混炼挤出机组并挤出条状物料连续切粒；
步骤四：将经往复式单螺杆挤出机组均匀分布，分散塑化物料，经切粒处理后的纳米级功能母粒通过多级旋风分离器冷却后由振动筛进行整粒处理，避免母粒物料之间产生粘连呈均匀颗粒状功能母粒物料，并经定量计量独立包装。
所述的往复式单螺杆挤出机组由剖分式机筒、内衬、螺杆芯轴、螺杆块、混炼齿和混炼销钉构成；其中剖分式机筒的筒壁内设置内衬，该内衬上设置有混炼齿和混炼销钉，该螺杆芯轴上轴向套设若干螺杆块；套设了螺杆块的螺杆芯轴安装在剖分式机筒内。
附图说明
图1是实现本发明塑料改性用纳米级功能母粒的制备方法的生产工艺设备结构图。 （图片） （图片） | |
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