一种高强度耐磨pe透气膜复合材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种高强度耐磨pe透气膜复合材料及其制备方法 (High-strength wear-resistant PE (polyethylene) breathable film composite material and preparation method thereof ) 是由 王雷 吴摞 余莉花 李荣群 王灿耀 于 2021-09-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高强度耐磨PE透气膜复合材料及其制备方法,其由以下组分按照重量份制备而成：基体树脂40-53份、无机填充剂20-40份、耐磨剂10-20份、分散剂3.3-5.5份、聚四氟乙烯3-5份、二氧化硅0.5-1份、抗氧剂0.2-0.4份。本发明中利用铝酸酯偶联剂对钛酸钾进行表面活性处理后,极大提高了其分散性能和基体树脂的结合强度,结合加入的超细二氧化硅和低分子量的聚四氟乙烯,一方面提高了复合材料的强度,另一方面提高了复合材料的耐磨性能和使用寿命。通过提高PE透气膜复合材料的拉伸强度和耐磨性,从而改善PE透气膜防护服的使用强度和抗磨损能力。(The invention discloses a high-strength wear-resistant PE (polyethylene) breathable film composite material and a preparation method thereof, wherein the composite material is prepared from the following components in parts by weight: 40-53 parts of matrix resin, 20-40 parts of inorganic filler, 10-20 parts of wear-resisting agent, 3.3-5.5 parts of dispersing agent, 3-5 parts of polytetrafluoroethylene, 0.5-1 part of silicon dioxide and 0.2-0.4 part of antioxidant. After the surface active treatment is carried out on the potassium titanate by utilizing the aluminate coupling agent, the dispersing performance and the bonding strength of matrix resin are greatly improved, and the added superfine silicon dioxide and the low molecular weight polytetrafluoroethylene are combined, so that the strength of the composite material is improved, the wear resistance of the composite material is improved, and the service life of the composite material is prolonged. The tensile strength and the wear resistance of the PE breathable film composite material are improved, so that the use strength and the wear resistance of the PE breathable film protective clothing are improved.)
技术领域
本发明涉及高分子改性材料领域，具体是一种高强度耐磨PE透气膜复合材料及其制备方法。
背景技术
PE透气膜主要以线性低密度聚乙烯(即LLDPE)、低密度聚乙烯(即LDPE)等基体树脂为主，用以超细碳酸钙填充改性，广泛地应用在医用防护服、婴儿纸尿裤、成人纸尿裤、卫生巾、暖宝宝和包装领域。基体树脂经碳酸钙填充改性后，经流延或吹塑成型再经过拉伸，基体树脂与无机填充碳酸钙边缘分离产生细小的微孔(一般几微米到20微米)，从而具有透气防水的性能。PE透气膜具有特殊的透气性、防水性和阻隔血液、病毒等性能，对比传统膜材料具有突出的舒适性和安全性。
随着人们物质水平的不断提高，对透气膜的需求逐渐增大，对透气膜的要求也越来越高。例如，用于制作医用防护服的透气膜不仅要考虑使用寿命和安全性，其耐磨性要求也逐渐提高。用于建筑领域的防护服则侧重考虑力学强度、抗撕裂性以及耐磨性。
发明内容
有鉴于此，本发明有必要提供一种高强度耐磨PE透气膜复合材料及其制备方法，通过提高PE透气膜复合材料的拉伸强度和耐磨性，从而改善PE透气膜防护服的使用强度和抗磨损能力。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明一方面公开了一种高强度耐磨PE透气膜复合材料，其由以下组分按照重量份制备而成：基体树脂40-53份、无机填充剂20-40份、耐磨剂10-20份、分散剂3.3-5.5份、聚四氟乙烯3-5份、二氧化硅0.5-1份、抗氧剂0.2-0.4份。
作为本发明进一步的方案：所述基体树脂由LLDPE和LDPE按照(35-45)：(5-8)按照重量比复配而成。
作为本发明进一步的方案：所述无机填充剂为活化碳酸钙，其D50为1.5-2μm。
作为本发明进一步的方案：所述耐磨剂为经偶联剂表面活性处理的钛酸钾，所述钛酸钾的长径比小于2.0。
作为本发明进一步的方案：所述分散剂由硅酮粉和芥酸酰胺按照(10-6)：1的重量比复配而成。
作为本发明进一步的方案：所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。
作为本发明进一步的方案：所述聚四氟乙烯为粉状，平均分子量为5000-10000。
作为本发明进一步的方案：所述聚四氟乙烯表面经活化处理。
作为本发明进一步的方案：所述二氧化硅为纳米级二氧化硅。
本发明另一方公开了如上述所述的一种高强度耐磨PE透气膜复合材料的制备方法，包括以下步骤：
按照重量份称取LLDPE、LDPE、聚四氟乙烯、硅酮粉、二氧化硅、抗氧剂、芥酸酰胺、钛酸钾并充分混合后，通过双螺杆挤出机的主喂料口加入，将活化碳酸钙分两段经侧喂料口加入，经过熔融、混合、分散、挤出、造粒，即得耐磨PE透气膜复合材料；
其中，所述双螺杆挤出机的长径比不低于48：1，工作温度为160-190℃，螺杆转速为450-500r/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中利用铝酸酯偶联剂对钛酸钾进行表面活性处理后，极大提高了其分散性能和基体树脂的结合强度，结合加入的超细二氧化硅和低分子量的聚四氟乙烯，一方面提高了复合材料的强度，另一方面提高了复合材料的耐磨性能和使用寿命。此外，在体系中引入适量的硅酮粉和芥酸酰胺，二者具有协同综效，提高无机填充剂的分散能力和复合材料的爽滑性能，降低了透气膜的表面摩擦系数，很大程度改善了材料的耐磨性能。
本发明中通过引入适量纳米级二氧化硅，使材料流延成膜的过程中拉伸和冷却后快速取向和结晶，有效提高了PE透气膜的拉伸强度和加工效率，改善材料成型过程中的后收缩现象，纳米级二氧化硅配合芥酸酰胺同时还提高了PE透气膜的力学强度。
本发明中的螺杆挤出工艺采用特定的螺杆组合和工艺，可降低材料的分解，从而可使得碳酸钙更好的在体系内分散，显著提高后续流延成膜的稳定性。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
以下实施例和对比例中采用的原料具体信息如下：
LLDPE，密度＞0.920、熔指＞3.5，牌号为LLDPE-3527，厂家为埃克森美孚；
LDPE，熔指＞7(190℃，2.16公斤)，牌号为90D-DC，厂家为意大利Flontech公司；
活化碳酸钙，牌号为：H2-55，厂家为：欧米亚；
耐磨剂，将钛酸钾无机粉体加入0.5％的铝酸酯偶联剂中，在高速混合机中混合10分钟以上，即得耐磨剂；高速混合机的转速1000-1200转/分钟，工作温度为100℃；
聚四氟乙烯粉，牌号为：TP300厂家为：苏州诺升功能高分子材料有限公司；
硅酮粉，牌号为TY-360，厂家为广盈新材料(广州)公司；
二氧化硅，牌号为：BT386厂家为:寿光市宝特化工有限公司；
抗氧剂，牌号为1010，厂家为德国巴斯夫BASF；
芥酸酰胺，牌号为Polyscip-E，厂家为韩国派斯威尔；
所有材料均为市售常规常用产品。
可以理解的是，以上原料试剂仅为本发明一些具体实施方式的示例，使得本发明的技术方案更加清楚，并不代表本发明仅能采用以上试剂，具体以权利要求书中的范围为准。此外，实施例和对比例中所述的“份”，如无特别说明，均指重量份。
本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
实施例1
称取干燥后的LLDPE 35份、LDPE 8份、耐磨剂10份、聚四氟乙烯粉3份、硅酮粉3份、二氧化硅0.5份、抗氧剂0.2份、芥酸酰胺0.3份，加入高混机中混合5-8min后，从双螺杆挤出机的主喂料口加入；同时称取40份活化碳酸钙分两段(四区和七区)从侧喂料口加入，经过熔融、混合、分散、挤出、造粒，制得耐磨PE透气膜复合材料。
其中，双螺杆挤出机的加工温度为一区160℃、二区180℃、三区190℃、四区190℃、五区190℃、六区190℃、七区190℃、八区180℃、九区180℃、十区180℃、十一区180℃，机头温度200℃，螺杆转速控制在450-500r/min。
实施例2
称取干燥后的LLDPE 45份、LDPE 5份、耐磨剂20份、聚四氟乙烯粉5份、硅酮粉5份、二氧化硅1份、抗氧剂0.4份、芥酸酰胺0.5份，加入高混机中混合5-8min后，从双螺杆挤出机的主喂料口加入；同时称取20份活化碳酸钙分两段(四区和七区)从侧喂料口加入，经过熔融、混合、分散、挤出、造粒，制得耐磨PE透气膜复合材料。
其中，双螺杆挤出机的加工温度为一区160℃、二区180℃、三区190℃、四区190℃、五区190℃、六区190℃、七区190℃、八区180℃、九区180℃、十区180℃、十一区180℃，机头温度200℃，螺杆转速控制在450-500r/min。
实施例3
称取干燥后的LLDPE 40份、LDPE 6份、耐磨剂15份、聚四氟乙烯粉4份、硅酮粉4份、二氧化硅0.8份、抗氧剂0.3份、芥酸酰胺0.4份，加入高混机中混合5-8min后，从双螺杆挤出机的主喂料口加入；同时称取30份活化碳酸钙分两段(四区和七区)从侧喂料口加入，经过熔融、混合、分散、挤出、造粒，制得耐磨PE透气膜复合材料。
其中，双螺杆挤出机的加工温度为一区160℃、二区180℃、三区190℃、四区190℃、五区190℃、六区190℃、七区190℃、八区180℃、九区180℃、十区180℃、十一区180℃，机头温度200℃，螺杆转速控制在450-500r/min。
实施例4
称取干燥后的LLDPE 35份、LDPE 5份、耐磨剂20份、聚四氟乙烯粉3份、硅酮粉3份、二氧化硅1份、抗氧剂0.4份、芥酸酰胺0.5份，加入高混机中混合5-8min后，从双螺杆挤出机的主喂料口加入；同时称取27份活化碳酸钙分两段(四区和七区)从侧喂料口加入，经过熔融、混合、分散、挤出、造粒，制得耐磨PE透气膜复合材料。
其中，双螺杆挤出机的加工温度为一区160℃、二区180℃、三区190℃、四区190℃、五区190℃、六区190℃、七区190℃、八区180℃、九区180℃、十区180℃、十一区180℃，机头温度200℃，螺杆转速控制在450-500r/min。
对比例1
除了未添加耐磨剂之外，其余与实施例1相同。
对比例2
除了未添加聚四氟乙烯之外，其余与实施例1相同。
对比例3
除了未添加二氧化硅之外，其余与实施例1相同。
对比例4
除了未添加硅酮粉和芥酸酰胺之外，其余与实施例1相同。
对比例5
除了未添加硅酮粉之外，其余与实施例1相同。
对比例6
除了未添加芥酸酰胺之外，其余与实施例1相同。
对实施例1-4以及对比例1-4制得的PE透气膜复合材料经过流延成型后按照2.0-2.4倍率拉升制成PE透气膜，进行耐磨性测试、透气性能测试、膜强度测试，测试标准及测试条件如下：
(1)耐磨性能测试：
测试标准参照GB/T21196.2-2007,对PE透气膜和无纺布复合后进行测试，其中透气膜为25克重，复合膜为70克重。
(2)材料透气性能测试：
通过测试透湿量来评述，将PE透气膜复合材料通过吹膜制备30g/㎡的透气膜，测试标准参照GB/T 12704.1-2009；透湿量越高说明材料的透气性能越好。
(3)膜强度测试：
测试标准参照GB/T 1040-2018薄膜测试标准，测试透气膜的拉伸强度，单位N。
测试结果见表1。
表1实施例和对比例测试结果
项目
耐磨性/次数
透湿量/g/(m<sup>2</sup>*d)
膜强度/N
实施例1
2200
2700
12.4
实施例2
2400
1800
13.8
实施例3
2280
2200
12.8
实施例4
2510
2430
14.3
对比例1
1500
2550
10.8
对比例2
2000
2800
11.5
对比例3
2160
2680
11.1
对比例4
2000
2650
12.3
对比例5
2170
2600
12
对比例6
2050
2780
12.8
从表1实验数据可以看出，PE透气膜复合材料加入钛酸钾和聚四氟乙烯后耐磨效果大幅提高，其中钛酸钾效果较为明显。材料的透湿量主要受到活化碳酸钙添加量的影响较大。钛酸钾和聚四氟乙烯加入膜的拉伸强度有较明显提高，不加钛酸钾的结构膜拉力由10.8N提高到13.8N。纳米二氧化硅的加入可以提高膜的强度；硅酮粉和芥酸酰胺可以提高膜的耐磨性能。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。