一种高阻隔轻质塑料及其制备方法与流程

1.本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高阻隔轻质塑料及其制备方法。


背景技术：

2.高性能薄膜材料一般要求其具有耐热性、阻燃性、耐低温性、高强度低重量、绝缘防水防潮等性能，现在市场上的薄膜材料很难兼顾这些性能。有的薄膜材料在保证低气体渗透率的情况下，往往质量过重或厚度超标，不能满足轻质的要求；有的薄膜材料能满足阻燃耐热性等其他物理性能要求，但其强度和低气体渗透率又不能达到要求；因此，如何制备一种在较轻质量的情况下，保证较低的气体渗透率和良好的力学性能的塑料是目前亟需解决的问题。
3.现有技术中利用evoh树脂的良好阻隔性能来制备塑料包装容器，但单独使用evoh树脂作为整体材料，不仅成本较高，而且还存在对湿度环境敏感的问题；所以现在的塑料包装容器大多是含有evoh树脂阻隔层的多层复合结构，通过使用粘合剂将不同厚度和功能的薄膜层粘贴在一起，从而实现多层结构的复合，其中evoh树脂层位于中间层主要起到阻隔的作用；然而采用上述方式生产制造的复合结构的塑料包装容器，生产工艺较为复杂，生产设备要求高，相对于直接一体式成型，其生产成本和生产难度都较大。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种高阻隔轻质塑料及其制备方法，以解决背景技术中的问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种高阻隔轻质塑料，包括以下重量份原料：
7.低密度聚乙烯90-100份、聚丙烯60-80份、尼龙6 16-20份、改性水滑石粉末8-12份、相容剂15-18份、β晶型成核剂12-16份；
8.低密度聚乙烯具有较小的密度，因此能够获得更轻的质量；将低密度聚乙烯与聚丙烯和尼龙6熔融共混，通过将含有酰胺基团(极性基团)的尼龙6的引入，使非极性气体的难以扩散或渗透，从而增强塑料的气体阻隔性能。
9.进一步地，所述改性水滑石粉末通过以下步骤制得：
10.步骤a1、将六水氯化镁、六水氯化铝和尿素溶于去离子水中，磁力搅拌均匀，然后置于水热反应釜中，在160℃条件下反应6h，然后离心分层并将下层沉淀物洗涤至中性，随后置于60℃烘箱中烘干2h，研磨后过400目筛，得到镁铝碳酸根水滑石；
11.步骤a2、将镁铝碳酸根水滑石置于马弗炉中，在500℃下煅烧6h，得到镁铝双金属氧化物；
12.步骤a3、将镁铝双金属氧化物与对羟基苯甲酸溶于60ml乙醇水溶液中，在氮气气氛、60-70℃条件下，磁力搅拌反应5-6h，然后将反应产物离心洗涤，于60℃真空烘箱中烘干，研磨过800目筛，得到改性水滑石粉末。
13.进一步地，所述六水氯化镁、六水氯化铝、尿素和去离子水的用量比为1.52-1.73g：0.84-1.09g：0.9-1.2g：60-70ml。
14.进一步地，所述镁铝双金属氧化物、对羟基苯甲酸和乙醇水溶液的用量比为0.8-1.2g：1.8-2.2g：60-70ml，其中，所述乙醇水溶液的体积分数为80％。
15.进一步地，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯(pe-g-mah)；马来酸酐接枝聚乙烯与尼龙6上的氨基发生反应，增强了低密度聚乙烯与尼龙6两者间的相容性，改善了界面性能，使尼龙6能够以连续相状态均匀稳定地分布在低密度聚乙烯树脂基体中，延长了气体分子在共混材料中的扩散路径，提高了对气体分子的阻隔性。
16.进一步地，所述β晶型成核剂为成核剂tmb-5；成核剂tmb-5能够使聚丙烯形成β晶体，β晶体更为细化且晶体内部有明显的层状连接，能够延长分子气体的扩散路径，从而实现扩散系数的显著降低，进一步提高塑料的气体阻隔性。
17.一种高阻隔轻质塑料的制备方法，包括以下步骤：
18.(1)将低密度聚乙烯、聚丙烯和尼龙6在60-80℃烘干2-3h，然后向其中加入改性水滑石粉末、相容剂和β晶型成核剂搅拌混合均匀，得到混合料；
19.(2)将混合料添加到双螺杆挤出机中，在温度为220-240℃条件下熔融挤出水冷造粒，得到高阻隔轻质塑料。
20.进一步地，所述双螺杆挤出机的转速为50-70r/mi n，在较低转速下，相容剂能够与尼龙6充分接触反应，使尼龙6在聚乙烯和聚丙烯中的分散得更加均匀。
21.本发明的有益效果：
22.(1)本发明通过将低密度聚乙烯、聚丙烯和尼龙6熔融共混作为塑料基体材料，不仅具有较轻的质量，而且在阻隔性能上也相互促进，具备了高阻隔、轻质的基础，另外通过改性水滑石粉末、相容剂和β晶型成核剂的添加，进一步提升了本发明塑料的阻隔性能；
23.(2)本发明一方面通过加入少量的β晶型成核剂，诱导聚丙烯在结晶时形成细化的β晶体，β晶体具有平行于气流方向的片晶结构，在塑料基体材料内部的均匀分散且充分连接，能够延长分子气体的扩散路径，从而提高塑料的阻隔性；另一方面通过使用马来酸酐接枝聚乙烯作为相容剂，改善了尼龙6与低密度聚乙烯之间的相容性，使含有极性基团的尼龙6对非极性的低密度聚乙烯进行了优化，从而使塑料基体材料的气体阻隔性能得到了提高；
24.(3)本发明自制了改性水滑石粉末，通过将对羟基苯甲酸插层进入水滑石的片层结构中，增加了水滑石片层结构的间距，改性后的水滑石粉末不仅能够在塑料基体材料中均匀分散，而且其具有不可渗透的层状结构，导致小分子物质想要渗透必须穿过这些障碍，从而以弯曲的通道进行传输，增加了小分子物质的转移路径，显著提高本发明塑料的阻隔性能；另外，对羟基苯甲酸的酚羟基结构具有较强的抗菌性能，使得改性水滑石粉末在添加到本发明高阻隔轻质塑料中时，也能具有一定的抑菌作用，进一步优化了本发明高阻隔轻质塑料在食品包装领域的应用。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都
属于本发明保护的范围。
26.实施例1
27.本实施例提供一种改性水滑石粉末，通过以下步骤制得：
28.步骤a1、将1.52g六水氯化镁、0.84g六水氯化铝和0.9g尿素溶于60ml去离子水中，磁力搅拌混合均匀，然后转移至水热反应釜中，在160℃条件下反应6h，然后离心分层并将下层沉淀物洗涤至中性，随后置于60℃烘箱中烘干2h，研磨后过400目筛，得到镁铝碳酸根水滑石；
29.步骤a2、将镁铝碳酸根水滑石置于马弗炉中，在500℃下煅烧6h，得到镁铝双金属氧化物；
30.步骤a3、将0.8g镁铝双金属氧化物与1.8g对羟基苯甲酸溶于60ml体积分数为80％的乙醇水溶液中，在氮气气氛、60℃条件下，磁力搅拌反应5h，然后将反应产物离心洗涤，于60℃真空烘箱中烘干，研磨过800目筛，得到改性水滑石粉末。
31.实施例2
32.本实施例提供一种改性水滑石粉末，通过以下步骤制得：
33.步骤a1、将1.62g六水氯化镁、0.96g六水氯化铝和1.05g尿素溶于65ml去离子水中，磁力搅拌混合均匀，然后转移至水热反应釜中，在160℃条件下反应6h，然后离心分层并将下层沉淀物洗涤至中性，随后置于60℃烘箱中烘干2h，研磨后过400目筛，得到镁铝碳酸根水滑石；
34.步骤a2、将镁铝碳酸根水滑石置于马弗炉中，在500℃下煅烧6h，得到镁铝双金属氧化物；
35.步骤a3、将1g镁铝双金属氧化物与2g对羟基苯甲酸溶于65ml体积分数为80％的乙醇水溶液中，在氮气气氛、65℃条件下，磁力搅拌反应6h，然后将反应产物离心洗涤，于60℃真空烘箱中烘干，研磨过800目筛，得到改性水滑石粉末。
36.实施例3
37.本实施例提供一种改性水滑石粉末，通过以下步骤制得：
38.步骤a1、将1.73g六水氯化镁、1.09g六水氯化铝和1.2g尿素溶于70ml去离子水中，磁力搅拌混合均匀，然后转移至水热反应釜中，在160℃条件下反应6h，然后离心分层并将下层沉淀物洗涤至中性，随后置于60℃烘箱中烘干2h，研磨后过400目筛，得到镁铝碳酸根水滑石；
39.步骤a2、将镁铝碳酸根水滑石置于马弗炉中，在500℃下煅烧6h，得到镁铝双金属氧化物；
40.步骤a3、将1.2g镁铝双金属氧化物与2.2g对羟基苯甲酸溶于70ml体积分数为80％的乙醇水溶液中，在氮气气氛、70℃条件下，磁力搅拌反应6h，然后将反应产物离心洗涤，于60℃真空烘箱中烘干，研磨过800目筛，得到改性水滑石粉末。
41.实施例4
42.本实施例提供一种高阻隔轻质塑料，包括以下步骤制得：
43.(1)将90重量份低密度聚乙烯、60重量份聚丙烯和16重量份尼龙6在65℃烘干3h，然后向其中加入8重量份实施例1制得的改性水滑石粉末、15重量份马来酸酐接枝聚乙烯和12重量份成核剂tmb-5搅拌混合均匀，得到混合料；
44.(2)将混合料添加到双螺杆挤出机中，在温度为220℃、转速为50r/mi n条件下熔融挤出水冷造粒，得到高阻隔轻质塑料。
45.实施例5
46.本实施例提供一种高阻隔轻质塑料，包括以下步骤制得：
47.(1)将95重量份低密度聚乙烯、70重量份聚丙烯和18重量份尼龙6在70℃烘干3h，然后向其中加入10重量份实施例2制得的改性水滑石粉末、17重量份马来酸酐接枝聚乙烯和14重量份成核剂tmb-5搅拌混合均匀，得到混合料；
48.(2)将混合料添加到双螺杆挤出机中，在温度为230℃、转速为60r/mi n条件下熔融挤出水冷造粒，得到高阻隔轻质塑料。
49.实施例6
50.本实施例提供一种高阻隔轻质塑料，包括以下步骤制得：
51.(1)将100重量份低密度聚乙烯、80重量份聚丙烯和20重量份尼龙6在80℃烘干2h，然后向其中加入12重量份实施例3制得的改性水滑石粉末、18重量份马来酸酐接枝聚乙烯和16重量份成核剂tmb-5搅拌混合均匀，得到混合料；
52.(2)将混合料添加到双螺杆挤出机中，在温度为240℃、转速为70r/mi n条件下熔融挤出水冷造粒，得到高阻隔轻质塑料。
53.对比例1
54.本对比例与实施例5相比，将实施例2制得的改性水滑石粉末替换为普通市售的水滑石粉末，其余步骤和参数均相同。
55.对比例2
56.本对比例与实施例5相比，不添加尼龙6和马来酸酐接枝聚乙烯，其余步骤和参数均相同。
57.对比例3
58.本对比例与实施例5相比，不添加成核剂tmb-5，其余步骤和参数均相同。
59.对实施例4-实施例6和对比例1-对比例3制得的塑料进行性能测试，按照gb/t 19789-2021标准检测氧气透过率，按照gb/t 21529-2008标准检测水蒸气透过率，按照gb/t 1033.1-2008标准测定材料密度，检测结果如表1所示：
60.表1
[0061][0062]
由表1数据可以看出，实施例4-实施例6制得的高阻隔轻质塑料具有较小的密度，因此在相同体积需要的情况下，具有更轻的质量；且实施例4-实施例6制得的高阻隔轻质塑料不论对氧气还是水蒸气都有较好的阻隔性能，各原料在阻隔性能上能够相互促进；而对比例1制得的塑料因为未对水滑石粉末改性，因此存在分散不均匀和团聚的问题，反而带来
个阻隔性的负面效果，无法实现高阻隔的目的；对比例2制得的塑料未添加尼龙6和马来酸酐接枝聚乙烯，对氧气的阻隔性能较差；对比例3制得的塑料不含有细化的β晶体，扩散路径不能够得到充分延长，阻隔性相对较低。
[0063]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0064]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种高阻隔轻质塑料，其特征在于，按重量份计，包括以下原料：低密度聚乙烯90-100份、聚丙烯60-80份、尼龙6 16-20份、改性水滑石粉末8-12份、相容剂15-18份、β晶型成核剂12-16份。2.根据权利要求1所述的一种高阻隔轻质塑料，其特征在于，所述改性水滑石粉末通过以下步骤制得：步骤a1、将六水氯化镁、六水氯化铝和尿素溶于去离子水中，磁力搅拌均匀，然后置于水热反应釜中，在160℃条件下反应6h，然后离心分层并将洗涤至中性，烘干、研磨后过400目筛，得到镁铝碳酸根水滑石；步骤a2、将镁铝碳酸根水滑石置于马弗炉中，在500℃下煅烧6h，得到镁铝双金属氧化物；步骤a3、将镁铝双金属氧化物与对羟基苯甲酸溶于60ml乙醇水溶液中，在氮气气氛、60-70℃条件下，磁力搅拌反应5-6h，然后将反应产物离心洗涤，真空烘干、研磨过800目筛，得到改性水滑石粉末。3.根据权利要求2所述的一种高阻隔轻质塑料，其特征在于，所述六水氯化镁、六水氯化铝、尿素和去离子水的用量比为1.52-1.73g：0.84-1.09g：0.9-1.2g：60-70ml。4.根据权利要求2所述的一种高阻隔轻质塑料，其特征在于，所述镁铝双金属氧化物、对羟基苯甲酸和乙醇水溶液的用量比为0.8-1.2g：1.8-2.2g：60-70ml。5.根据权利要求1所述的一种高阻隔轻质塑料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。6.根据权利要求1所述的一种高阻隔轻质塑料，其特征在于，所述β晶型成核剂为成核剂tmb-5。7.根据权利要求1所述的一种高阻隔轻质塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将低密度聚乙烯、聚丙烯和尼龙6在60-80℃烘干2-3h，然后加入改性水滑石粉末、相容剂和β晶型成核剂搅拌混合均匀，得到混合料；(2)将混合料添加到双螺杆挤出机中，在温度为220-240℃条件下熔融挤出水冷造粒，得到高阻隔轻质塑料。8.根据权利要求7所述的一种高阻隔轻质塑料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的转速为50-70r/min。

技术总结
本发明公开了一种高阻隔轻质塑料及其制备方法，属于高分子材料技术领域，包括以下重量份原料：低密度聚乙烯90-100份、聚丙烯60-80份、尼龙6 16-20份、改性水滑石粉末8-12份、相容剂15-18份、β晶型成核剂12-16份；包括以下步骤制得：将低密度聚乙烯、聚丙烯和尼龙6烘干，然后向其中加入改性水滑石粉末、相容剂和β晶型成核剂搅拌混合均匀，得到混合料；将混合料添加到双螺杆挤出机中，在温度为220-240℃条件下熔融挤出水冷造粒，得到高阻隔轻质塑料；本发明制得的高阻隔轻质塑料不仅具有较轻的质量，而且对于气体和水蒸气均具有较好的阻隔性能。隔性能。


技术研发人员：陈军 陈新丽 杨大全
受保护的技术使用者：界首市锦丰塑业有限公司
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/8/16