一种磁性塑料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种磁性塑料及其制备方法 (Magnetic plastic and preparation method thereof ) 是由 陈宇 于 2021-08-16 设计创作，主要内容包括：本申请涉及高分子材料的技术领域,具体公开了一种磁性塑料及其制备方法。一种磁性塑料,由包含以下重量份的原料制成：低密度聚乙烯40-50份、硅藻土1-1份、氮化硼1-3份、粘胶纤维1-3份、聚乳酸40-60份、磁性体10-20份,所述磁性体包括纳米磁粉和分散材料,所述分散材料包括十二烷基硫酸钠；其制备方法为：S1、一次混合；S2、二次混合；S3、挤出成型。本申请的磁性塑料能够提高磁粉在磁性塑料中的分散性,进而提高磁性塑料的磁性。另外,本申请的磁性塑料的制备方法操作简单、应用广泛。(The application relates to the technical field of high polymer materials, and particularly discloses a magnetic plastic and a preparation method thereof. The magnetic plastic is prepared from the following raw materials in parts by weight: 40-50 parts of low-density polyethylene, 1-1 part of diatomite, 1-3 parts of boron nitride, 1-3 parts of viscose fiber, 40-60 parts of polylactic acid and 10-20 parts of magnetic body, wherein the magnetic body comprises nano magnetic powder and a dispersion material, and the dispersion material comprises sodium dodecyl sulfate; the preparation method comprises the following steps: s1, primary mixing; s2, secondary mixing; and S3, extrusion molding. The magnetic plastic can improve the dispersibility of magnetic powder in the magnetic plastic, and further improves the magnetism of the magnetic plastic. In addition, the preparation method of the magnetic plastic is simple to operate and wide in application.)
技术领域
本申请涉及高分子材料的技术领域，更具体地说，它涉及一种磁性塑料及其制备方法。
背景技术
磁性塑料是带有磁性的塑料制品，普通的塑料没有铁磁性，但是利用特殊的方法可以形成铁磁性的塑料：一是设法改变塑料的成分，使得它们具有磁性，这种方法还处于研究之中。二是在普通的塑料中添加磁性粉末，成为复合的磁性塑料，这种方法制造的磁性塑料已经在我们的生活中大量应用。
复合型磁性塑料主要由树脂及磁粉构成，树脂起粘接作用，磁粉是磁性的来源。用于填充的磁粉主要是铁氧体磁粉和稀土永磁粉。复合型磁性塑料按照磁特性又可分为两大类：一类是磁性粒子的易磁化方向是杂乱无章排列的，称为各向同性磁性塑料，性能较低。另一类是在加工过程中通过外加磁场或机械力，使磁粉的易磁化方向顺序排列，称作各向异性磁性塑料。
磁性纳米高分子材料具有广阔的应用前景，常用于磁粉中制备磁性塑料。但由于纳米粒子的粒径小，极易发生团聚，从而使磁粉不易在磁性塑料的其余组分中均匀分散，磁性塑料的磁性有待提高。
发明内容
为了提高磁粉在磁性塑料中的分散性，进而提高磁性塑料的磁性，本申请提供一种磁性塑料及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种磁性塑料，采用如下的技术方案：
一种磁性塑料，由包含以下重量份的原料制成：低密度聚乙烯40-50份、硅藻土1-1份、氮化硼1-3份、粘胶纤维1-3份、聚乳酸40-60份、磁性体10-20份，所述磁性体包括纳米磁粉和分散材料，所述分散材料包括十二烷基硫酸钠。
通过采用上述技术方案，由于采用磁性体添加至磁性塑料中，而磁性体包括纳米磁粉和分散材料，纳米磁粉相较于普通磁粉具有较大的磁性。同时，十二烷基硫酸钠的添加，与纳米磁粉形成结合，改善纳米磁粉的分散性，因此，提高纳米磁粉在磁性塑料中均匀分散，进而提高了磁性塑料的磁性。
优选的，所述纳米磁粉包括纳米钡铁氧体和表面活性剂，所述表面活性剂包覆于纳米钡铁氧体外形成核壳结构的纳米磁粉微球，所述核壳结构的纳米磁粉微球采用如下方法制得：
（1）制备烟灰状粉末：按重量份计，取1-3份碳酸钡、8-12份九水硝酸铁、9-15份柠檬酸和10-20份水混合后搅拌10-16h后，调节pH至5-9，然后经蒸发、燃烧得烟灰状粉末；
（2）煅烧：将步骤（1）中的烟灰状粉末经研磨后煅烧处理，得纳米钡铁氧体；
（3）包覆：将表面活性剂和步骤（2）中的纳米钡铁氧体按质量比（4-8）：（8-12）混合后搅拌，得核壳结构的纳米磁粉微球。
通过采用上述技术方案，纳米钡铁氧体用以使磁性塑料具有磁性，表面活性剂用于对纳米钡铁氧体进行表面改性，使纳米钡铁氧体与分散材料和磁性塑料的其余组分均形成良好的结合，进一步提高纳米磁粉，即纳米钡铁氧体在磁性塑料中的分散性。核壳结构则是为了使表面活性剂均匀地包覆于纳米钡铁氧体表面，使纳米钡铁氧体和表面活性剂具有较大的结合面积，提高纳米钡铁氧体的改性效果。微球结构则是使纳米磁粉的表面光滑，增加纳米磁粉的润滑性，从而进一步提高纳米磁粉的分散性，进一步提高磁性塑料的磁性。
优选的，所述步骤（2）中煅烧处理的温度为850-950℃。
通过采用上述技术方案，在上述温度下煅烧步骤（1）中的烟灰状粉末能够生成较多较纯的纳米钡铁氧体，提高纳米钡铁氧体的磁性，进而提高磁性塑料的磁性。
优选的，所述纳米钡铁氧体的粒径为10-15纳米。
通过采用上述技术方案，粒径为10-15纳米范围下的纳米钡铁氧体能够提高纳米磁粉的磁性。粒径为1-10微米的纳米磁粉微球自身的粒径较小，与分散材料结合后便于分散于磁性塑料中与磁性塑料的其余组分形成良好的结合。同时，上述粒径范围下纳米磁粉微球，使表面活性剂在纳米磁粉上具有较优的包覆厚度，进一步提高了纳米磁粉微球的分散性，从而进一步提高磁性塑料的磁性。
优选的，所述表面活性剂包含油酸钠、吐温80、PEG表面活性剂中任意一种。
通过采用上述技术方案，酸钠、吐温80、PEG表面活性剂相较于其余表面活性剂，能够均一稳定地包覆于纳米钡铁氧体外，形成粒度均匀的纳米磁粉，提高纳米磁粉的磁性，从而提高磁性塑料的磁性。
优选的，所述表面活性剂包括PEG表面活性剂，所述PEG表面活性剂为PEG4000。
通过采用上述技术方案，PEG4000具有很强的进入油水界面的能力，且PEG4000在界面的吸附不易受物理因素的影响，从而能够与纳米钡铁氧体形成稳定的结合，从而提高纳米磁粉的分散性，进而提高磁性塑料的磁性。
优选的，所述磁性体采用如下方法制成：按重量份计，取1-3份纳米磁粉、2-4份无水乙醇、3-5份玛瑙球和2-4份分散材料按质量比放入球磨机中，在400-600r/min的转速下球磨10-20h，得磁性体。
通过采用上述技术方案，通过球磨，能够使纳米磁粉与分散材料形成均一稳定的结合，从而提高磁性体在磁性塑料中的而分散性，进而提高磁性材料的磁性。
第二方面，本申请提供一种磁性塑料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种磁性塑料的制备方法，包括如下制备步骤：
S1、一次混合：按配方，将硅藻土、氮化硼、粘胶纤维混合搅拌，得混合体；
S2、二次混合：将低密度聚乙烯、聚乳酸、磁性体和混合体依次加入温控高速混合机中，混合搅拌后，得混料；
S3、挤出成型：将混料加入双螺杆挤出机中，熔融后挤出、自然晾干，得磁性塑料。
通过采用上述技术方案，一次混合使重量份较少的硅藻土、氮化硼、粘胶纤维混合均匀。再通过二次混合，温控高速混合机使低密度聚乙烯、聚乳酸、磁性体和混合体混合均匀，形成均一稳定的混料。而后，通过双螺杆挤出机将混料形成熔融物，挤出、自然晾干即得磁性塑料。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用磁性体添加至磁性塑料中，而磁性体包括纳米磁粉和分散材料，纳米磁粉相较于普通磁粉具有较大的磁性，同时，十二烷基硫酸钠的添加，与纳米磁粉形成结合，改善纳米磁粉的分散性，因此，提高纳米磁粉在磁性塑料中均匀分散，进而提高了磁性塑料的磁性。
2、本申请中的纳米钡铁氧体用以使磁性塑料具有磁性，表面活性剂用于对纳米钡铁氧体进行表面改性，使纳米钡铁氧体与分散材料和磁性塑料的其余组分均形成良好的结合，进一步提高纳米磁粉，即纳米钡铁氧体在磁性塑料中的分散性，核壳结构则是为了使表面活性剂均匀地包覆于纳米钡铁氧体表面，使纳米钡铁氧体和表面活性剂具有较大的结合面积，提高纳米钡铁氧体的改性效果，微球结构则是使纳米磁粉的表面光滑，增加纳米磁粉的润滑性，从而进一步提高纳米磁粉的分散性，进一步提高磁性塑料的磁性。
3、本申请的方法，通过一次混合使重量份较少的硅藻土、氮化硼、粘胶纤维混合均匀，再通过二次混合，温控高速混合机使低密度聚乙烯、聚乳酸、磁性体和混合体混合均匀，形成均一稳定的混料，而后，通过双螺杆挤出机将混料形成熔融物，挤出、自然晾干即得磁性塑料。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例中，所用的仪器设备见表1：
表1 本申请实施例的仪器
本申请实施例中，所用的药品见表2：
表2 本申请实施例的药品
纳米磁粉的制备例
制备例1
本制备例采用市售的纳米钡铁氧体作为纳米磁粉。
制备例2：本制备例的纳米磁粉采用如下方法制成：
本制备例的纳米磁粉采用如下方法制成：
（1）制备烟灰状粉末：称取1kg碳酸钡、8kg九水硝酸铁、9kg柠檬酸和10kg水混合后，在100r/min的转速下搅拌10h，随后调节pH至5，然后在50℃下蒸发、燃烧，得烟灰状粉末；
（2）煅烧：将步骤（1）中的烟灰状粉末经研磨机研磨，使烟灰状粉末的粒径达到10纳米，在850℃下煅烧10h，得粒径为10纳米的纳米钡铁氧体，即纳米磁粉。
制备例3：本制备例的纳米磁粉采用如下方法制成：
（1）制备烟灰状粉末：称取1kg碳酸钡、8kg九水硝酸铁、9-15kg柠檬酸和10kg水混合后，在100r/min的转速下搅拌10h，随后调节pH至5，然后在50℃下蒸发、燃烧，得烟灰状粉末；
（2）煅烧：将步骤（1）中的烟灰状粉末经研磨机研磨，使烟灰状粉末的粒径达到10纳米，在850℃下煅烧10h，得粒径为10纳米的纳米钡铁氧体；
（3）包覆：将PEG4000表面活性剂和步骤（3）中的纳米钡铁氧体按质量比4：5混合后在120r/min的转速下搅拌20min，得核壳结构的纳米磁粉微球，即纳米磁粉。
制备例4：本制备例的纳米磁粉采用如下方法制成：
（1）制备烟灰状粉末：称取2kg碳酸钡、10kg九水硝酸铁、12kg柠檬酸和15kg水混合后，在100r/min的转速下搅拌10h，随后调节pH至5，然后在50℃下蒸发、燃烧，得烟灰状粉末；
（2）煅烧：将步骤（1）中的烟灰状粉末经研磨机研磨，使烟灰状粉末的粒径达到10纳米，在850℃下煅烧10h，得粒径为10纳米的纳米钡铁氧体；
（3）包覆：将PEG4000表面活性剂和步骤（3）中的纳米钡铁氧体按质量比4：5混合后在120r/min的转速下搅拌20min，得核壳结构的纳米磁粉微球，即纳米磁粉。
制备例5：本制备例的纳米磁粉采用如下方法制成：
（1）制备烟灰状粉末：称取3kg碳酸钡、12kg九水硝酸铁、15kg柠檬酸和20kg水混合后，在100r/min的转速下搅拌10h，随后调节pH至5，然后在50℃下蒸发、燃烧，得烟灰状粉末；
（2）煅烧：将步骤（1）中的烟灰状粉末经研磨机研磨，使烟灰状粉末的粒径达到10纳米，在850℃下煅烧10h，得粒径为10纳米的纳米钡铁氧体；
（3）包覆：将PEG4000表面活性剂和步骤（3）中的纳米钡铁氧体按质量比4：5混合后在120r/min的转速下搅拌20min，得核壳结构的纳米磁粉微球，即纳米磁粉。
制备例6：本制备例与制备例3的不同之处在于：
本制备例采用油酸钠表面活性剂代替制备例3中的PEG4000表面活性剂。
制备例7：本制备例与制备例3的不同之处在于：
本制备例采用吐温80表面活性剂代替制备例3中的PEG4000表面活性剂。
制备例8：本制备例与制备例3的不同之处在于：
本制备例采用PEG600表面活性剂代替制备例3中的PEG4000表面活性剂。
制备例9：本制备例与制备例3的不同之处在于：
本制备例采用硅烷偶联剂代替制备例3中的PEG4000表面活性剂。
制备例10：本制备例与制备例3的不同之处在于：
本制备例在步骤（2）中煅烧的温度为1100℃。
磁性体的制备例
制备例11：本制备例的磁性体采用如下方法制备而成：
取2kg十二烷基硫酸钠作为分散材料、2kg无水乙醇、1kg制备例1的纳米磁粉混合后在400r/min的转速下搅拌15h，得磁性体。
制备例12：本制备例的磁性体采用如下方法制备而成：
取1kg制备例1的纳米磁粉、2kg无水乙醇、3kg玛瑙球和2kg十二烷基硫酸钠作为分散材料放入球磨机中，在400r/min的转速下球磨15h，得磁性体。
制备例13：本制备例的磁性体采用如下方法制备而成：
取1.5kg制备例1的纳米磁粉、3kg无水乙醇、4kg玛瑙球和3kg十二烷基硫酸钠作为分散材料放入球磨机中，在400r/min的转速下球磨15h，得磁性体。
制备例14：本制备例的磁性体采用如下方法制备而成：
取3kg制备例1的纳米磁粉、4kg无水乙醇、5kg玛瑙球和4kg十二烷基硫酸钠作为分散材料放入球磨机中，在400r/min的转速下球磨15h，得磁性体。
制备例15-23：制备例15-23与制备例12的不同之处在于采用的纳米磁粉不同，具体如表3所示。
表3 制备例15-23中纳米磁粉的选择
实施例
实施例1：实施例1采用如下方法制成：
S1、一次混合：称40kg取低密度聚乙烯、1kg硅藻土、1kg氮化硼、1kg粘胶纤维、40kg聚乳酸、10kg制备例11的磁性体，按配方，将硅藻土、氮化硼、粘胶纤维在300r/min的转速下混合搅拌，得混合体；
S2、二次混合：将低密度聚乙烯、聚乳酸、磁性体和混合体依次加入温控高速混合机中，调节温控告诉混合机的温度为40℃，在800r/min的转速下混合搅拌10min后，得混料；
S3、挤出成型：将混料加入双螺杆挤出机中，设置双螺杆挤出机的转速为300rpm，并设置各温区的温度为：第1温区150℃，第2-9温区170℃，第10-11温区160℃，熔融后挤出、自然晾干，得磁性塑料。
实施例2：实施例2采用如下方法制成：
S1、一次混合：称45kg取低密度聚乙烯、1.5kg硅藻土、2kg氮化硼、2kg粘胶纤维、50kg聚乳酸、15kg制备例11的磁性体，按配方，将硅藻土、氮化硼、粘胶纤维在300r/min的转速下混合搅拌，得混合体；
S2、二次混合：将低密度聚乙烯、聚乳酸、磁性体和混合体依次加入温控高速混合机中，调节温控告诉混合机的温度为40℃，在800r/min的转速下混合搅拌10min后，得混料；
S3、挤出成型：将混料加入双螺杆挤出机中，设置双螺杆挤出机的转速为300rpm，并设置各温区的温度为：第1温区150℃，第2-9温区170℃，第10-11温区160℃，熔融后挤出、自然晾干，得磁性塑料。
实施例3：实施例3采用如下方法制成：
S1、一次混合：称50kg取低密度聚乙烯、2kg硅藻土、3kg氮化硼、3kg粘胶纤维、60kg聚乳酸、20kg制备例11的磁性体，按配方，将硅藻土、氮化硼、粘胶纤维在300r/min的转速下混合搅拌，得混合体；
S2、二次混合：将低密度聚乙烯、聚乳酸、磁性体和混合体依次加入温控高速混合机中，调节温控告诉混合机的温度为40℃，在800r/min的转速下混合搅拌10min后，得混料；
S3、挤出成型：将混料加入双螺杆挤出机中，设置双螺杆挤出机的转速为300rpm，并设置各温区的温度为：第1温区150℃，第2-9温区170℃，第10-11温区160℃，熔融后挤出、自然晾干，得磁性塑料。
实施例4-15：实施例4-15与实施例1的不同之处在于所选用的磁性体不同，具体如表4所示。
表4 实施例4-15中磁性体的选择
对比例
对比例1
本对比例的磁性体中仅包含纳米磁粉，本对比例的纳米磁粉为市售的纳米钡铁氧体。
性能检测试验
磁学性能检测方法
采用振动样品磁强计按照使用说明进行检测，测试磁性塑料的磁化强度。
表5 性能检测表
将实施例1-3进行对比，实施例1-3的不同之处在于磁性塑料原料的配比不同，由于实施例2的磁化强度最高，故，实施例2的磁性最好，因此实施例2中原料的配比最佳。
将实施例4和实施例1进行对比，实施例4和实施例1的不同之处在于实施例1和实施例4依次采用制备例11和制备例12的磁性体添加至速凝材料中，制备例11和制备例12的磁性体的不同之处在于制备方法不同。由于实施例4的磁化强度较高，因此，实施例4的磁性较好，因此实施例4中制备磁性体的方法更佳。
将实施例4-6进行对比，实施例4-6的不同之处在于实施例4-6依次采用制备例12-14的磁性体添加至磁性塑料中，制备例12-14的不同之处在于制备磁性体时原料的配比不同，而实施例5的磁化强度最高，故，实施例5的磁性最强，实施例5中制备磁性体原料的配比最佳。
将实施例7与实施例4进行对比，实施例7与实施例4的不同之处在于实施例7、实施例4依次采用制备例15和制备例12的磁性体添加至磁性塑料中，而制备例15的磁性体与制备例12的磁性体的不同之处在于制备例15采用制备例2的纳米磁粉，制备例12采用了制备例1的纳米磁粉。制备例1的纳米磁粉为市售的纳米钡铁氧体，制备例2的纳米磁粉为通过本申请中的方法制备的纳米钡铁氧体。由于实施例7的磁化强度较高，故，实施例7的磁性较高，因此通过本申请中的方法制备得到的纳米钡铁氧体较优。
将实施例8与实施例7进行对比，实施例8与实施例7的不同之处在于实施例8、实施例7依次采用制备例16和制备例15的磁性体添加至磁性塑料中，而制备例16的磁性体与制备例15的磁性体的不同之处在于制备例16采用制备例3的纳米磁粉，制备例15采用了制备例2的纳米磁粉。制备例3和制备例2的不同之处在于制备例3中通过步骤（3）添加了PEG4000表面活性剂，制得了核壳结构的纳米磁粉微球。由于实施例8的磁化强度较高，故，实施例8的磁性较高，因此通过添加PEG4000表面活性剂，制得的核壳结构的纳米磁粉微球提高了磁性塑料的磁性。
将实施例8-10进行对比，实施例8-10的不同之处在于实施例8-10依次采用制备例16-18的磁性体添加至磁性塑料中，制备例16-18的磁性体依次选用制备例3-5的纳米磁粉，制备例3-5的不同之处在于制备核壳结构的纳米磁粉微球时原料的配比不同，而实施例9的磁化强度最高，故，实施例9的磁性最强，实施例9中制备核壳结构的纳米磁粉微球时原料的配比最佳。
将实施例11-14进行对比，实施例11-14的不同之处在于选用的表面活性剂不同，由于实施例11的磁化强度最高，因此实施例11的磁性最好最好，因此实施例11中采用的PEG4000表面活性剂最佳。
最后，将对比例1与实施例1进行对比，对比例1与实施例1的区别在于对比例1的磁性体中仅包含采用市售的纳米钡铁氧体作为的纳米磁粉，由于实施例1的磁化强度较高，因此实施例1的磁性更高，因此分散材料的添加提高了磁性塑料的磁性。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。