一种高阻隔纳米复合材料的制备方法.pdf

本发明涉及一种利用振动力场强化加工聚合物/无机纳米粒子复合高阻隔材料的方法。它是以结晶或半结晶聚合物为基体材料，经有机处理或未改性的无机纳米粒子为填料，通过熔融共混法或溶液共混法制备复合材料，再在振动力场作用下加工成不同产品，具体分为三个步骤：第一步，将无机纳米粒子和聚合物按一定比例混合均匀；第二步，采用熔融共混法或溶液共混法制备聚合物/纳米无机粒子复合材料；第三步，利用具有振动力场的挤出机将复合材料进行吹膜、注塑制备成薄膜、片材、板材、瓶、密封盒、密封圈等各种具有良好阻隔的制品。本发明制备工艺简单易行，能耗小，阻隔性能和力学性能有很大的提高，可以制备理想的高强度高阻隔材料，有着广泛应用前景。

1.  一种高阻隔纳米复合材料的制备方法，其特征在于它是以结晶或半结晶聚合物为基体材料，经有机处理或未改性的无机纳米粒子为填料，通过熔融共混法或溶液共混法制备复合材料，再在振动力场作用下加工成不同产品，具体分为三个步骤：
第一步，将无机纳米粒子和聚合物分别在80～120℃干燥4～12h后，按一定质量比加入温控高速混合机内，在50～80℃混合均匀；
第二步，采用熔融共混法或溶液共混法制备聚合物/纳米无机粒子复合材料；
第三步，利用具有振动力场的挤出机将复合材料进行吹膜、注塑制备成薄膜、片材、板材、瓶、密封盒、密封圈等各种具有良好阻隔的制品。

2.  根据权利要求1所述的一种高阻隔纳米复合材料的制备方法，其特征在于所述的无机纳米粒子和聚合物的质量比为2～30∶100。

3.  根据权利要求1所述的一种高阻隔纳米复合材料的制备方法，其特征在于所述的外加力场为振动力场，振动频率范围为2～30Hz，振动幅度为0.1～0.5mm 。

4.  根据权利要求1所述的一种复合高阻隔材料，其特征在于所述的无机纳米粒子为纳米二氧化硅、滑石粉、碳酸钙、蒙脱土和高岭土。

一种高阻隔纳米复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高阻隔纳米复合材料的制备方法，特别是涉及一种利用振动力场强化加工聚合物/无机纳米粒子复合高阻隔材料的方法，属于高分子材料及其加工技术领域。
背景技术
改革开放二十多年来，我国塑料包装行业得到稳步的高速发展，已经从一个初期分散性的行业发展成为独立的、产品门类齐全的现代化产业体系。同时随着社会的发展和人们生活水平的提高，产品的分类越来越细，对于产品的包装并不仅仅局限在视觉效果上，而是要根据产品的特点和市场的需求，朝功能化、多样化方向纵深开发。近年来，技术的进步使得塑料包装薄膜的功能化发展趋势日渐明显，其包装功能是多样的，除对一般薄膜的抗静电、抗粘连和爽滑性要求外，如适应香烟和饮料包装挺括性与紧贴性需要的热收缩性、适应蔬菜和水果包装需要的透气性、适应可透视包装需要的高光学性能以及日益在食品、化妆品、医药方面广泛需要的阻隔性和抗菌性等，薄膜的功能化提高了产品的附加值。其中阻隔性塑料包装薄膜是目前发展最快的功能薄膜之一。阻隔性塑料主要用于对食品、药品的包装，如油脂食品要求具有高阻氧性和阻油性；干燥食品要求具有高阻湿性；芳香食品要求具有高保香性；此外内装物在要求包装材料高阻隔性的同时还要求材料兼具有高的抗拉伸强度、耐撕裂、耐冲击强度、优良的化学稳定性、不与内装食品发生任何化学反应，确保食品安全。
近年来，高阻透性塑料包装材料需求量不断增长，市场前景相当广阔。为满足市场需要，单一的树脂在具有某些优良性能的同时也存在些缺陷而不能满足用户需求，各国相继开发出具有多功能的高阻隔性复合包装材料。因此在保质、保原味延长货架寿命的食品包装材料愈来愈受到重视的今天，高阻隔复合薄膜的研究前景是广阔的。
制备高阻隔复合薄膜主要有多层共挤和纳米复合材料，共挤出加工技术需要多层挤出模口和层与层之间的粘接层，它可以满足包装材料的许多要求，但增加了投资，生产工艺的控制也相当困难，同时还存在加工废料的回收利用问题。与其相比，采用纳米颗粒改性具有加工方法简单，已成为现代塑料加工技术广泛采用的方法。
目前，研究纳米粒子改性聚合物基高阻隔包装材料主要在无机粒子在聚合物中的形态、无机粒子与聚合物的界面结构以及无机粒子对聚合物结晶性能、力学性能耐热性和阻隔性的影响等方面。少有研究报道通过加工技术来提高聚合物/无机纳米粒子复合材料的阻隔性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种高阻隔纳米复合材料的制备方法。
本发明的目的是通过以下途径实现的，它是以结晶或半结晶聚合物为基体材料，经有机处理或未改性的无机纳米粒子为填料，通过熔融共混法或溶液共混法制备复合材料，再在振动力场作用下加工成不同产品，具体分为三个步骤：第一步，将无机纳米粒子和聚合物分别在80～120℃干燥4～12h后，按一定质量比加入温控高速混合机内，在50～80℃搅拌混合均匀；第二步，采用熔融共混法或溶液共混法制备聚合物/纳米无机粒子复合材料；第三步，利用具有振动力场的挤出机将复合材料进行吹膜、注塑制备成薄膜、片材、板材、瓶、密封盒、密封圈等各种具有良好阻隔的制品。
本发明可使聚合物的阻隔性能和力学性能等有很大的提高，可以制备理想的高强度高阻隔材料，适合于吹塑、注塑等成型方法制备出具有优良阻隔性能的产品，特别是吹塑、注塑制备膜材或包装瓶等在高阻隔包装领域有着广泛应用前景，本发明制备工艺简单易行，能耗小。
具体实施方式
下面，详细描述本发明的具体实施方式。
本发明以结晶或半结晶聚合物为基体材料，经有机处理或未改性的无机纳米粒子为填料，通过熔融共混法或溶液共混法制备复合材料，再在振动力场作用下加工成不同产品，具体分为三个步骤：
第一步，将无机纳米粒子和聚合物分别在80～120℃干燥4～12h后，按无机纳米粒子和聚合物的质量比为2～30∶100加入温控高速混合机内，在50～80℃搅拌混合均匀；第二步，采用熔融共混法或溶液共混法制备聚合物/纳米无机粒子复合材料；第三步，利用具有振动力场的挤出机将复合材料进行吹膜、注塑制备成薄膜、片材、板材、瓶、密封盒、密封圈等各种具有良好阻隔的制品。
本发明采用的外加力场为振动力场，振动频率范围为2～30Hz，振动幅度为0.1～0.5mm。无机纳米粒子可采用纳米二氧化硅、滑石粉、碳酸钙、蒙脱土和高岭土中的任意一种。
实施例1
将100份尼龙6树脂与5份未改性的滑石粉分别在高速搅拌器中混合均匀，采用熔融共混法共混造粒，双螺杆挤出机的温度设定为：一区210℃，二区215℃，三区225℃，四区225℃，五区225℃，六区225℃，七区225℃，八区225℃，机头为215℃，粒料经干燥后，在具有振动力场的单螺杆挤出机上进行吹膜，振动频率为8HZ，振幅为0.3mm，相较于其他条件相同的稳态下所吹塑的薄膜，振动力场下所吹塑的薄膜的阻隔性能和拉伸强度等得到提高。
实施例2
在实施例1的基础上，用硅烷偶联剂KH550对滑石粉进行改性，其它条件与实施方法与实施例1相同，振动力场下所吹塑的薄膜相较于稳态下所吹塑的薄膜，薄膜的阻隔性能和拉伸强度等得到提高。
实施例3
在实施例2的基础上，改变无机粒子滑石粉为纳米SiO2，其它条件与实施方法与实施例2相同，振动力场下所吹塑的薄膜相较于稳态下所吹塑的薄膜，薄膜的阻隔性能和拉伸强度等得到提高。
实施例4
在实施例3的基础上，将基材尼龙6改为乙烯-乙烯醇共聚物树脂，其它条件与实施方法与实施例3相同，振动力场下所吹塑的薄膜相较于稳态下所吹塑的薄膜，薄膜的阻隔性能和拉伸强度等得到提高。
实施例5
在实施例4的基础上，将振动场的频率改为5HZ，其它条件与实施方法与实施例4相同，振动力场下所吹塑的薄膜相较于稳态下所吹塑的薄膜，薄膜的阻隔性能和拉伸强度等得到提高。
实施例6
在实施例5的基础上，将振动场的振幅改为0.2mm，其它条件与实施方法与实施例5相同，振动力场下所吹塑的薄膜相较于稳态下所吹塑的薄膜，薄膜的阻隔性能和拉伸强度等得到提高。
实施例7
在实施例6的基础上，将EVOH/纳米SiO₂复合材料用注塑法制备包装瓶，其它条件与实施方法与实施例6相同，振动力场下所制备的包装瓶相较于稳态下所制备的包装瓶，包装瓶的阻隔性能和拉伸强度等得到提高。