DK系列聚合物级蒙脱土简介

2021-03-18 10:13:14 膨润土专家

DK系列聚合物级蒙脱土简介

聚合物/蒙脱土纳米复合材料是当今众多无机纳米粒子改性复合材料中最有潜力的一类纳米复合材料。由于蒙脱石具有独特的层状一维纳米结构特性,形态特性,层间具有可设计的反应性,超大的比表面积(750m2/g)和高达200以上的径/厚比。这种纳米结构和形态特性不同于其他二维、三维无机纳米粒子,从而赋予聚合物/蒙脱石复合材料以一些优异的机械性能,热性能,功能性能和其他的物理性能。已有的实践结果表明聚合物/蒙脱石纳米复合材料,机械性能明显提高,例如拉伸强度,弯曲强度提高20-50%,模量提高1-2倍;摩擦系数,耐磨性提高1倍。热变形温度,结晶聚合物(如PA)提高80-90℃,非结晶聚合物提高10-30℃;热膨胀系数减少约40%,材料的吸湿速度降低50%,尺寸稳定性提高提高2-5倍;水蒸气、O2CO2紫外光透过率降低到1/21/5;热释放速度明显延缓,阻燃性显著提高,熔融流动性增加,成型收缩率降低,加工性能改善;复合材料的比重与单一聚合物相近,比常规无机填料改性的聚合物比重降低20-30%。材料的透光性也有不同程度的提高。因此聚合物/蒙脱石纳米复合材料成为新一代高阻隔性包装材料,高强度轻量化工程材料,高阻燃绝缘电器材料和抗疲劳高性能弹性体材料。

聚合物/蒙脱石纳米复合材料性能改善的程度,决定于层状蒙脱石在聚合物连续相中纳米级尺寸剥离,分散状态,只有层状蒙脱石晶片在聚合物中充分剥离,均匀分散,才能获得高性能的复合材料。

蒙脱石在聚合物中的剥离状态,直接决定于所用蒙脱石的品质和剥离,分散复合处理方法,两者缺一不可。

用于聚合物改性的高品质蒙脱石,所选用的蒙脱石矿物层电荷密度必需适中,纯度高(蒙脱石含量至少95%以上),扩层剂选择合适,有机处理充分,使得蒙脱石与各类聚合物有良好的相容性,反应性和层解离性。

剥离分散复合处理,在原位聚合改性中,包括蒙脱石在单体中的分散,聚合条件的优化;在熔融挤出改性中,包括熔融挤出条件优化,相容剂、桥联剂的选择和挤出机结构优化。因此,提供一种高品质聚合物级蒙皂石粘土和选用有效的剥离分散蒙皂石粘土的复合改性方法,是获得高性能复合材料的两个根本环节。

DK系列聚合物级纳米蒙脱石选用白色,电荷密度适中的蒙脱石矿物,经多级提纯、剥片,制得高纯度大径厚比蒙脱石,选用多种扩层剂充分有机化改性,以适应不同极性,不同结构的聚合物改性。例如聚烯烃、聚酰胺、聚酯、环氧树脂等热塑性、热固性聚合物和丁腈胶、三元乙丙胶等弹性体聚合物材料改性。

 

DK系列聚合物级纳米蒙脱石一般化学、物理性能:

组成:蒙脱石有机衍生物           蒙脱石含量:96-98%

颜色:米白色粉体                 /厚比:200

干粉粒度:99.9%通过200

叠层厚度:小于25nm

表观密度:0.25-0.35g/立方厘米

含湿量:小于3%

 

X射线衍射特征:

产品牌号

DK1

DK2

DK3

DK4

DK5

DK1N

X-ray d001nm

2.1

2.4

2.8

3.8

1.5

2.1

表面亲水性:

        DK5>DK2> DK1N>DK3>DK1>DK4

         

产品应用选择:

产品牌号

适应的聚合物

改性方法

DK1

DK2

DK3

DK4

DK5

DK1N

PEPPPVC

PETPBTUPUFPCEPEPDMEPR

EPDMPSABSSBSPVC

PEPPEVAPSTPOTPE

PA

PPPEEPPUUPPF

熔融挤出

原位聚合,熔融挤出

熔融挤出

熔融挤出

原位聚合,熔融挤出

熔融挤出,原位聚合

应用实例

1.DK3(DK2)改性三元乙丙胶EPDM

   添加10-15%DK3(DK2)JB为桥联剂,熔融改性EPDM,得剥离型EPDM/蒙脱石纳米复合材料,其机械物理性能如下:

 

EPDM/蒙脱石纳米复合材料机械物理性能

性能

EPDM蒙脱石

EPDM胶料

拉伸强度(MPa

断裂拉伸率%

100%定伸应力(MPa

300%定伸应力(MPa

撕裂强度(KNM-1

邵氏A型硬度

20.9

607

3.7

/

44.2

76

5.75

275

1.84

5.8

18.2

67

结果表明用DK3(DK2)纳米蒙脱石改性的EPDM拉伸强度,比纯EPDM提高了3-4倍,100%300%模量也显著提高,撕裂强度也提高了2-2.5倍。

2.DK5改性PA6

添加2-4%DK5纳米蒙脱石,采用原位聚合,熔融挤出改性,复合材料的机械物理性能如下:

 

PA6/蒙脱石纳米复合材料的机械物理性

项目

蒙脱石PA6

PA6

拉伸强度(MPa

弯曲强度(GPa

弯曲模量(MPa

缺口冲击强度(kg/m2

热变形温度(℃1.82 MPa

吸水率(%24h

密度(g/cm3

熔点(℃)

90-110

120-145

2.7-4.5

6-7.5

130-150

1-0.5

1.15-1.16

225

68

108

2.4

6.2

65

1.9

1.14

225

PA6/蒙脱石纳米复合材料膜性能

性能

纳米PA6

PA6

拉伸强度(纵/横)

热收缩率(纵/横)(19010min%

断裂伸长率(%/横)

撕裂强度(KHm-1)(纵/横)

水蒸气透过系数(3890%RH

g·cm·cm2·S·Pa-1×105

氧气透过率(ml/m24h

230%RH

2365%RH

光透过率(%

80/56

3.0/3.0

380/212

150.8/165.7

1.7

 

 

17-25

15-23

20-40

33/53

3.0/3.0

332/368

116/151.7

2.1

 

 

43

45

10

3.双螺杆熔融挤出,制备PP(PE)/蒙脱土纳米复合材料方法

(建议方法)

PPPE等聚烯烃,分子极性低,较难直接插入蒙脱石层间,需要通过一些极性分子的桥联,提高相容性,才能得到较好的插层剥离。例如PP蒙脱石纳米复合材料,可采用二步法来制备。第一步用接枝马来酸酐的PP与有机化蒙脱石混合,双螺杆熔融挤出制得有机蒙脱石含量40-50%PP-MA/蒙脱石插层复合物母料。第二步,将此母料用均聚PP稀释,第二次双螺杆熔融挤出,制得蒙脱石含量5-8%PP/蒙脱石纳米复合材料。两步法制得的复合材料,蒙脱石得到良好的剥离,拉伸强度、模量均得到明显提高,加工流程示意如下:


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