專利名稱：：納米聚合物復(fù)合材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種納米聚合物復(fù)合材料及制備方法，特別是涉及一種納米礦物復(fù)合材料及制備方法。
背景技術(shù)：
：納米礦物復(fù)合材料是以納米礦物材料為主要成份，并通過有機(jī)單體樹脂聚合而獲得的一種聚合物復(fù)合材料。納米材料在種類方面可分為金屬、無機(jī)非金屬等，目前最廣泛使用的是無機(jī)非金屬礦物材料。目前，超細(xì)材料的生產(chǎn)工藝是物理方法，即通過研磨設(shè)備制備而成，其中可以分為干法和濕法兩種，但這兩種方法細(xì)度都達(dá)不到納米級(jí)。對(duì)于目前的傳統(tǒng)工藝，濕法工藝生產(chǎn)的粉體材料性能優(yōu)于干法的，是目前市場(chǎng)上性能最好的一類粉體，但濕法工藝存在的缺點(diǎn)是干燥過程能耗較大，成本較高。單純的物理方法不可能加工到太細(xì)的細(xì)度，而顆粒度越細(xì)才可能產(chǎn)生不同于普通粉體材料的性能的突變，隨著顆粒度的細(xì)化，其表面能越來越高，顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象會(huì)加劇，所以在超細(xì)化的過程中，必須充分考慮顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象并加以解決。否則，超細(xì)礦物材料雖然通過了超細(xì)處理，但用戶在使用過程中并不能發(fā)揮其超細(xì)粉體應(yīng)有的優(yōu)越性能。要解決顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象必須通過改性處理。目前改性處理的方法可分為干法和濕法兩大類，而其中干法為最常用的方式，且目前干法工藝往往是在超細(xì)處理完成之后，再加以改性處理。而由于表面能巨大，采用這種方式，團(tuán)聚現(xiàn)象并不能很徹底地解決。而對(duì)于納米材料極其巨大的表面能，上述方法已經(jīng)難以解決，限制了納米材料的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是為了針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)制備的超細(xì)材料成本高、細(xì)度不夠和顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象等技術(shù)問題，提供一種性能優(yōu)越的納米聚合物復(fù)合材料及制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案本發(fā)明提供了一種納米聚合物復(fù)合材料制備方法，所述方法包括如下步驟步驟一、將選定的礦物材料，加水制備成漿料，放入攪拌磨中進(jìn)行超細(xì)處理，得到超細(xì)材料，然后將所述超細(xì)材料干燥得到超細(xì)粉體材料；步驟二、將步驟一中得到的礦物材料超細(xì)粉體材料放入高壓反應(yīng)釜中，通入二氧化碳?xì)怏w，同時(shí)加入樹脂、化學(xué)助溶劑和改性劑，控制高壓反應(yīng)釜溫度和壓力使二氧化碳達(dá)到超臨界狀態(tài)；步驟三、減壓，使化學(xué)助溶劑和二氧化碳揮發(fā)和蒸發(fā)，使充分融合的樹脂單體與礦物材料顆粒發(fā)生聚合。其中步驟一中所述礦物材料選自重質(zhì)碳酸鈣、高嶺土、蒙脫石、硅灰石、沸石中一種或一種以上的混合物。3步驟一中所述的超細(xì)材料90%的在25微米之間的范圍(D90=2ii5y)內(nèi)。如果顆粒粒度大于5ii，則后續(xù)處理的時(shí)間能耗會(huì)大大增加且顆粒度難以保證達(dá)到100nm以下；而如果顆粒度小于2ii，則目前通用的物理加工設(shè)備和技術(shù)又難以達(dá)到。步驟一中所述漿料的固體質(zhì)量量百分含量為6070%。步驟一中所述礦物材料粒度不大于200目。步驟一中所述干燥步驟為將所述超細(xì)材料送入氣流干燥設(shè)備中，干燥得到所述最終超細(xì)粉體材料。步驟二中所述溫度為31攝氏度和40攝氏度之間，所述壓力為73個(gè)大氣壓和77個(gè)大氣之間。本發(fā)明還提供了根據(jù)上述納米聚合物復(fù)合材料制備方法所制備的納米聚合物復(fù)合材料。具體的講，本發(fā)明中對(duì)已經(jīng)超細(xì)處理好的重質(zhì)碳酸鈣超細(xì)粉，可以在超臨界(A作用下(控制高壓反應(yīng)釜溫度為31攝氏度和40攝氏度之間，壓力為73個(gè)大氣壓和77個(gè)大氣之間)，進(jìn)一步細(xì)化顆粒達(dá)到納米級(jí)，且顆粒度分布更加均勻。超臨界狀態(tài)二氧化碳C02具有類似氣體的擴(kuò)散系數(shù)和液體的溶解能力，表面張力為零，能迅速滲透進(jìn)固體物質(zhì)之中，也就是說能快速進(jìn)入礦物材料晶體的解理面和微裂紋中(重質(zhì)碳酸鈣其礦物組成是方解石，三方晶系，晶體結(jié)構(gòu)中具有完全解理)，使得礦物材料晶體發(fā)生崩解而使顆粒進(jìn)一步細(xì)化至納米級(jí)，同時(shí)會(huì)在顆粒內(nèi)部產(chǎn)生許多新的微缺陷(如納米級(jí)的晶面位錯(cuò))。而且，在高壓狀態(tài)下，有水和C02的共同參與，將對(duì)重質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)生進(jìn)一步溶解作用(原理類似喀斯特地貌的成因)，使得顆粒進(jìn)一步細(xì)化。同時(shí)利用超臨界C02優(yōu)良的溶劑性能，在化學(xué)助溶劑作用下，使樹脂溶解成為大分子單體，在改性劑的作用下，將使得樹脂單體和重質(zhì)碳酸鈣顆粒充分融合。當(dāng)減壓后，化學(xué)助溶劑和二氧化碳蒸發(fā)，此時(shí)充分融合的樹脂單體和重質(zhì)碳酸鈣顆粒將發(fā)生聚合，由于納米效應(yīng)的存在，會(huì)使得反應(yīng)速率提高數(shù)倍至數(shù)十倍，時(shí)間短、效率高，得到重質(zhì)碳酸鈣納米聚合物復(fù)合材料。由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果在于從制備原理上徹底解決納米顆粒的團(tuán)聚問題，直接將粉體材料提升為納米聚合物復(fù)合材料。由本發(fā)明處理方法制備得到的納米聚合物復(fù)合材料，其外觀是一種呈毫米級(jí)顆粒狀的材料。采用本發(fā)明的超細(xì)處理方法得到的納米聚合物復(fù)合材料，性能優(yōu)越，拉伸強(qiáng)度、拉伸斷裂伸長(zhǎng)率、懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度及彎曲彈性模量等參數(shù)均優(yōu)于傳統(tǒng)方法制備得到的超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣粉體材料。具體實(shí)施例方式—種對(duì)重質(zhì)碳酸鈣粉體進(jìn)行超細(xì)處理的方法，首先，將粒度不大于200目的重質(zhì)碳酸鈣粉體加水，制備成質(zhì)量百分含量6070%的漿料，將所述漿料進(jìn)入到攪拌磨中進(jìn)行超細(xì)處理，在實(shí)際的生產(chǎn)工藝過程中，攪拌磨可以多臺(tái)串聯(lián)使用，從而在生產(chǎn)上形成連續(xù)的過程。經(jīng)過上述步驟處理完畢的漿料，可用泵送入氣流干燥設(shè)備中，干燥而得到最終的超細(xì)粉體材料。將最終的超細(xì)粉體材料放入高壓反應(yīng)釜中，通入二氧化碳?xì)怏w，控制溫度和壓力使二氧化碳達(dá)到超臨界狀態(tài)。減壓使化學(xué)助溶劑和二氧化碳蒸發(fā)，此時(shí)充分融合的樹脂單體和重質(zhì)碳酸鈣顆粒形成納米聚合物復(fù)合材料。下面通過具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。實(shí)施例1取200目粒徑的重質(zhì)碳酸鈣粉體60公斤，再加入40公斤水，制成質(zhì)量百分含量為60%的漿料。將上述漿料加入攪拌磨中(金湖四方化工機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)，CMJ-50型)進(jìn)行超細(xì)加工。30分鐘后，放出漿料至一個(gè)帶有攪拌槳葉的存料池中，開動(dòng)攪拌槳葉(90-120轉(zhuǎn)/分)。3分鐘后，將漿料用泵送到QLG-1型氣閃蒸干燥機(jī)中干燥(靖江市強(qiáng)力干燥設(shè)備有限公司生產(chǎn))，干燥后粉體含水量小于1.5%。用激光粒度分析儀分析，得D90=2ii。將干燥后的粉體60公斤，放入東北大學(xué)制造的高壓反應(yīng)釜中，然后按50升/分鐘速率通入C02共計(jì)360升，并加溫加壓至33t:和74個(gè)大氣壓的超臨界狀態(tài)，120秒后，將物料放入減壓容器，待C02蒸發(fā)，留下的固體即為納米重質(zhì)碳酸鈣材料。用掃描電子顯微鏡分析，顆粒直徑70-90nm。將干燥后的粉體60公斤、樹脂(聚苯乙烯PS)10公斤、化學(xué)助溶劑(乙酸乙酯)2600克和改性劑(南京無機(jī)化工廠，NT101，鈦酸脂偶聯(lián)劑)100克，放入東北大學(xué)制造的高壓反應(yīng)釜中，然后按50升/分鐘的速率通入C02共計(jì)360升，并加溫加壓至32t:和74個(gè)大氣壓的超臨界狀態(tài)，120秒后，將物料放入減壓容器，待C02和化學(xué)助溶劑蒸發(fā)，留下的固體即為納米重質(zhì)碳酸鈣納米聚合物復(fù)合材料(A)。實(shí)施例2取200目粒徑的重質(zhì)碳酸鈣粉體70公斤，再加入30公斤水，制成質(zhì)量百分含量為70%的漿料。將上述漿料加入攪拌磨中(金湖四方化工機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)，CMJ-50型)進(jìn)行超細(xì)加工。30分鐘后，放出漿料至一個(gè)帶有攪拌槳葉的存料池中，開動(dòng)攪拌槳葉(90-120轉(zhuǎn)/分)。3分鐘后，將漿料用泵送到QLG-1型氣閃蒸干燥機(jī)中干燥(靖江市強(qiáng)力干燥設(shè)備有限公司生產(chǎn))，干燥后粉體含水量小于1.5%。用激光粒度分析儀分析，得D90=5ii。將干燥后的粉體70公斤、樹脂(聚苯乙烯PS)10公斤、化學(xué)助溶劑(甲苯)2600克和改性劑(南京無機(jī)化工廠，NT101，鋁酸脂偶聯(lián)劑)100克，放入東北大學(xué)制造的高壓反應(yīng)釜中，然后按50升/分鐘的速率通入C02共計(jì)360升，并加溫加壓至39t:和76個(gè)大氣壓的超臨界狀態(tài)，120秒后，將物料放入減壓容器，待C02和化學(xué)助溶劑蒸發(fā)，留下的固體即為納米重質(zhì)碳酸鈣納米聚合物復(fù)合材料。實(shí)施例3取200目粒徑的重質(zhì)碳酸鈣粉體65公斤，再加入35公斤水，制成質(zhì)量百分含量為65%的漿料。將上述漿料加入攪拌磨中(金湖四方化工機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)，CMJ-50型)進(jìn)行超細(xì)加工。30分鐘后，放出漿料至一個(gè)帶有攪拌槳葉的存料池中，開動(dòng)攪拌槳葉(90-120轉(zhuǎn)/分)。3分鐘后，將漿料用泵送到QLG-1型氣閃蒸干燥機(jī)中干燥(靖江市強(qiáng)力干燥設(shè)備有限公司生產(chǎn))，干燥后粉體含水量小于1.5%。用激光粒度分析儀分析，得D90=3ii。將干燥后的粉體65公斤，放入東北大學(xué)制造的高壓反應(yīng)釜中，然后按50升/分鐘速率通入C02共計(jì)360升，并加溫加壓至32t:和75個(gè)大氣壓的超臨界狀態(tài)，120秒后，將物料放入減壓容器，待C02蒸發(fā)，留下的固體即為納米重質(zhì)碳酸鈣材料。用掃描電子顯微鏡分析，顆粒直徑70-90nm。將干燥后的粉體65公斤、樹脂(聚苯乙烯PS)10公斤、化學(xué)助溶劑(丙酮)2600克和改性劑(南京無機(jī)化工廠，NT101，鈦鋁酸脂偶聯(lián)劑)100克，放入東北大學(xué)制造的高壓反應(yīng)釜中，然后按50升/分鐘的速率通入C02共計(jì)360升，并加溫加壓至32t:和75個(gè)大氣壓的超臨界狀態(tài)，120秒后，將物料放入減壓容器，待C02和化學(xué)助溶劑蒸發(fā)，留下的固體即為納米重質(zhì)碳酸鈣納米聚合物復(fù)合材料。對(duì)比例取200目粒徑的重質(zhì)碳酸鈣粉體60公斤，再加入40公斤水，制成質(zhì)量百分含量為60%的漿料。將上述漿料加入攪拌磨中(金湖四方化工機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)，CMJ-50型)進(jìn)行超細(xì)加工。30分鐘后，放出漿料至一個(gè)帶有攪拌槳葉的存料池中，開動(dòng)攪拌槳葉(90-120轉(zhuǎn)/分)。3分鐘后，將漿料用泵送到QLG-1型氣閃蒸干燥機(jī)中干燥(靖江市強(qiáng)力干燥設(shè)備有限公司生產(chǎn))，干燥后粉體含水量小于1.5%。用激光粒度分析儀分析，得D90=2ii。然后將干燥好的粉體加入高速捏合機(jī)(張家港輕工機(jī)械廠制造，SHR-300型)，同時(shí)加入鈦酸脂偶聯(lián)劑(南京無機(jī)化工廠，NTIOI)O.6公斤，高速攪拌5分鐘，當(dāng)溫度上升至15(TC變?yōu)榈退伲绱烁叩退俳惶?，保持高速狀態(tài)累計(jì)時(shí)間達(dá)到40分鐘后停機(jī)卸料，總計(jì)改性時(shí)間為63分鐘。按國(guó)標(biāo)法測(cè)試活化度為86%。將此粉體加入10公斤L(fēng)DPE樹脂，200克白油，在塑料造粒機(jī)中(南京橡塑機(jī)械廠75型)造成顆粒，得到超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣母粒(B)。實(shí)驗(yàn)例應(yīng)用性能對(duì)比樣品名稱PP(聚丙烯)測(cè)試目的性能測(cè)試制備方法及樣品外觀各取70份PP顆粒，分別加入30份納米重質(zhì)碳酸鈣納米聚合物復(fù)合材料(A)或超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣母粒(B)混合均勻。環(huán)境條件溫度/相對(duì)濕度(23±2)°C/(50±5)%。6預(yù)處理將混合均勻的材料在70°C烘干20分鐘。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從上述數(shù)據(jù)可以看出，采用實(shí)施例方法制備的納米重質(zhì)碳酸鈣納米聚合物復(fù)合材料(A)相比采用對(duì)比例中方法制備的超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣母粒(B)，拉伸強(qiáng)度提高近一倍，拉伸斷裂伸長(zhǎng)率提高三倍，充分說明本發(fā)明的材料可以大幅度提高基體樹脂的力學(xué)性能，也反映出納米顆粒與有機(jī)樹脂之間形成了很強(qiáng)的聯(lián)結(jié)力。這些是一般的超細(xì)粉體材料所不具備的性能。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求一種聚合物復(fù)合材料制備方法，所述方法包括如下步驟步驟一、將選定的礦物材料，加水制備成漿料，放入攪拌磨中進(jìn)行超細(xì)處理，得到超細(xì)材料，然后將所述超細(xì)材料干燥得到超細(xì)粉體材料；步驟二、將步驟一中得到的礦物材料超細(xì)粉體材料放入高壓反應(yīng)釜中，通入二氧化碳?xì)怏w，同時(shí)加入樹脂、化學(xué)助溶劑和改性劑，控制高壓反應(yīng)釜溫度和壓力使二氧化碳達(dá)到超臨界狀態(tài)；步驟三、減壓，使化學(xué)助溶劑和二氧化碳揮發(fā)和蒸發(fā)，使充分融合的樹脂單體與礦物材料顆粒發(fā)生聚合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米聚合物復(fù)合材料制備方法，步驟一中所述礦物材料選自重質(zhì)碳酸鈣、高嶺土、蒙脫石、硅灰石、沸石中一種或一種以上的混合物。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米聚合物復(fù)合材料制備方法，步驟一中所述的超細(xì)材料90%的顆粒粒度在25微米之間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米聚合物復(fù)合材料制備方法，步驟一中所述漿料的質(zhì)量百分含量為6070%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米聚合物復(fù)合材料制備方法，步驟一中所述礦物材料的粒度不大于200目。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米聚合物復(fù)合材料制備方法，步驟一中所述干燥步驟為將所述超細(xì)材料送入氣流干燥設(shè)備中，干燥得到所述最終超細(xì)粉體材料。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米聚合物復(fù)合材料制備方法，步驟一中所述超細(xì)處理步驟為多臺(tái)攪拌磨串聯(lián)使用。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米聚合物復(fù)合材料制備方法，步驟二中所述的化學(xué)助溶劑選自以下試劑中至少一種乙酸乙酯、甲苯或丙酮。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米聚合物復(fù)合材料制備方法，步驟二中所述的改性劑選自以下試劑中至少一種鈦酸脂偶聯(lián)劑、鋁酸脂偶聯(lián)劑或鈦鋁酸脂偶聯(lián)劑。10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的納米聚合物復(fù)合材料制備方法制備的納米聚合物復(fù)合材料。全文摘要本發(fā)明公開一種納米聚合物復(fù)合材料的制備方法及由所述方法制備的納米聚合物復(fù)合材料。所述方法利用超臨界狀態(tài)下的二氧化碳處理超細(xì)粉體材料，并且與充分溶解的樹脂單體融合，從而得到納米級(jí)的聚合物復(fù)合材料顆粒?？朔爽F(xiàn)有制備方法細(xì)度不夠和顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象等缺點(diǎn)；獲得了優(yōu)越的力學(xué)性能和使用性能，使塑料制品的拉伸強(qiáng)度、拉伸斷裂伸長(zhǎng)率、懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度及彎曲彈性模量等參數(shù)均優(yōu)于加入傳統(tǒng)方法制備得到的超細(xì)粉體材料的塑料制品。文檔編號(hào)C08F12/00GK101759820SQ20091010724公開日2010年6月30日申請(qǐng)日期2009年5月8日優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日發(fā)明者王斐然申請(qǐng)人:王斐然