一种复合材料及其制备方法和应用

摘要

本发明属于复合材料技术领域，公开了一种复合材料及其制备方法和应用，该复合材料主要由聚乙烯和改性纳米氧化物制得，通过本发明制得的复合材料的表面形成可透气的微孔，因此可将该复合材料用于作为离型纸中PE淋膜微孔散气层的构成材料，使得在高温环境时，离型纸的基材中水分挥发产生的水蒸气能通过PE淋膜微孔散气层的微孔散走，如此有效避免造成PE淋膜层的表面起泡、分层等质量问题。此外，本发明的复合材料比传统的普通PE淋膜材料能耐高温达20℃以上，应用前景广泛。

权利要求

1.一种复合材料，其特征在于，按重量份计，包括以下原料组分：HDPE 30‑40份、LDPE 

60‑70份、改性纳米氧化物4‑10份；所述改性纳米氧化物是将纳米氧化物经偶联剂改性所得，其改性过程为：将纳米氧化物加入水中，分散均匀后加入偶联剂，在200‑250℃下反应3‑

5h，再调节pH至5‑6，加入正辛酸酐，在100‑120℃下反应2‑3h后，经冷却，过滤，离心干燥，得改性纳米氧化物；

所述纳米氧化物选自纳米二氧化硅；

所述纳米二氧化硅由粒径为40‑60nm和200‑250nm的双组分组成。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述HDPE的熔融指数≥5g/10min。

3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述LDPE的熔融指数≥6g/10min。

4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述偶联剂选自硅烷类偶联剂。

5.权利要求1‑4任一项所述的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按配方称取原料，对纳米氧化物进行改性，得到改性纳米氧化物后，再将HDPE、LDPE和改性纳米氧化物在静电条件下混合搅拌，得所述复合材料；

其中，对纳米氧化物进行改性的过程为：将纳米氧化物加入水中，分散均匀后加入偶联剂，在200‑250℃下反应3‑5h，再调节pH至5‑6，加入正辛酸酐，降温至100‑120℃下反应2‑3h后，经冷却，过滤，离心干燥，得改性纳米氧化物。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述静电条件下的静电压为20‑

100KV。

7.权利要求1‑4任一项所述的复合材料在离型纸中的应用。

说明书

一种复合材料及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 离型纸，又称硅油纸或防粘纸，按照原材料来分有格拉辛离型纸、聚乙烯淋膜离型纸(PEK)和高岭土涂布离型纸三大类。其中聚乙烯淋膜离型纸因为其尺寸稳定性等优点，在中国大量生产，并在胶带，广告等行业广泛使用，其中电子模切行业所用的保护膜几乎全部或大部分使用PEK离型纸。但是，PEK双面离型纸的淋膜层的材料耐温性较低，因此，在高温环境下容易产生的分层及起泡：在涂布过烘箱时使纸的水分在高温下转为气态，而气态水在PE淋膜层的覆盖下无法排出，而造成PE淋膜面鼓起造成起泡及PE淋膜面的分层(严重时会造成纸的分层)，这样严重影响了离型纸的质量。

发明内容

[0003] 本发明提出一种复合材料及其制备方法和应用，以解决现有技术中存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

[0004] 为了克服上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

[0005] 一种复合材料，包括以下原料组分：聚乙烯和改性纳米氧化物，所述改性纳米氧化物是将纳米氧化物经偶联剂改性所得，其改性过程为：将纳米氧化物加入水中，分散均匀后加入偶联剂，在200‑250℃下反应3‑5h，再调节pH至5‑6，加入正辛酸酐，在100‑120℃下反应2‑3h后，经冷却，过滤，离心干燥，得改性纳米氧化物。

[0006] 作为上述方案的进一步改进，所述聚乙烯包括HDPE和LDPE。

[0007] 其中，HDPE为高密度聚乙烯，是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂，其无毒、无3
味、无臭，熔点约为130℃，相对密度为0.941‑0.960g/cm ；LDPE为低密度聚乙烯，是经高压
3
或低压聚合而成的一种共聚物，无毒、无味、无臭，密度小于0.926g/cm。

[0008] 作为上述方案的进一步改进，按重量份计包括以下原料组分：HDPE 30‑40份、LDPE 60‑70份、改性纳米氧化物4‑10份。

[0009] 作为上述方案的进一步改进，所述HDPE的熔融指数≥5g/10min，其在210℃下的负载为2.16kg。

[0010] 作为上述方案的进一步改进，所述LDPE的熔融指数≥6g/10min，其在190℃下的负载为2.16kg。

[0011] 作为上述方案的进一步改进，所述改性纳米氧化物选自纳米二氧化硅或纳米二氧化钛。所述改性纳米氧化物的纯度≥99.8％。优选地，所述改性纳米氧化物由粒径为40‑60nm和200‑250nm的双组分组成。其中，小粒径(40‑60nm)的纳米二氧化硅或纳米二氧化钛起到提高淋膜层的耐温性能及强度性能；大粒径(200‑250nm)的纳米二氧化硅或纳米二氧化钛起到使淋膜层产生微孔。

[0012] 作为上述方案的进一步改进，所述偶联剂选自硅烷类偶联剂或烷基类偶联剂中的一种或两种。具体地，所述烷基类偶联剂包括KH‑560、GX‑560等。

[0013] 本发明所述的复合材料的制备方法，包括以下步骤：按配方称取原料，用偶联剂对纳米氧化物进行改性，得到改性纳米氧化物；再将HDPE、LDPE和改性纳米氧化物在静电条件下混合搅拌，得所述复合材料；

[0014] 其中，对纳米氧化物进行改性的过程为：将纳米氧化物加入水中，分散均匀后加入偶联剂，在200‑250℃下反应3‑5h，再调节pH至5‑6，加入正辛酸酐，降温至100‑120℃下反应2‑3h后，经冷却，过滤，离心干燥，得改性纳米氧化物。

[0015] 其中，所述正辛酸酐与偶联剂的重量份之比为(0.7‑0.9)：1。

[0016] 具体地，所述制备方法包括：

[0017] 将纳米氧化物加入水中，分散均匀后加入偶联剂，在200‑250℃下反应3‑5h；再加入硫酸，调节pH值，使得pH在5‑6左右；最后加入正辛酸酐，在温度100℃‑120℃搅拌反应2‑3h后冷却、过滤、离心干燥，得到改性纳米氧化物；

[0018] 按配方称取HDPE、LDPE和改性二氧化硅，先将HDPE、LDPE放进有静电场的塑料搅拌器或不锈钢内层经喷涂聚四氟乙烯处理的搅拌器，搅拌10‑15分钟，将PE搅拌均匀，在搅拌过程中用震动法将改性后纳米氧化物震洒在混合的PE材料中，直致将纳米氧化物搅拌均匀，得到所述复合材料。

[0019] 作为上述方案的进一步改进，所述静电条件下的静电压为20‑100KV。使用了静电场的搅拌技术，使得搅拌效果更均匀。

[0020] 本发明任一项所述的复合材料应用在离型纸中。

[0021] 本发明的有益效果是：

[0022] 本发明提供了一种复合材料及其制备方法和应用，该耐高温的复合材料主要由聚乙烯和改性纳米氧化物制得，通过本发明制得的复合材料的表面形成可透气的微孔，因此可将该复合材料用于作为离型纸中PE淋膜微孔散气层的构成材料，使得在高温环境时，离型纸的基材中水分挥发产生的水蒸气能通过PE淋膜微孔散气层的微孔散走，如此有效避免造成PE淋膜层的表面起泡、分层等质量问题。此外，本发明的复合材料比传统的普通PE淋膜材料能耐高温达20℃以上，应用前景广泛。

具体实施方式

[0023] 下面结合实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述发明内容对本发明所作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围。同时，下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品；未详细提及的工艺步骤或提取方法为均为本领域技术人员所知晓的工艺步骤或提取方法。

[0024] 实施例1

[0025] 制备耐高温的复合材料

[0026] 将纳米二氧化硅加入水中，分散均匀后加入偶联剂HK550，在200‑250℃下反应3‑5h；再加入硫酸，调节pH值，使得pH在5‑6左右；最后加入正辛酸酐，在温度100℃‑120℃搅拌反应2‑3h后冷却、过滤、离心干燥，得到改性纳米二氧化硅；

[0027] 其中，纳米二氧化硅的浴中浓度为每立方米水加入400kg‑600kg；

[0028] 秤取比例为HDPE：LDPE：改性纳米二氧化硅＝300:600：50，先将HDPE、LDPE放进有静电场的塑料搅拌器或不锈钢内层经喷涂聚四氟乙烯处理的搅拌器，搅拌10‑15分钟，将HDPE和LDPE搅拌均匀，在搅拌过程中用震动法将改性纳米二氧化硅震洒在混合的PE材料中，直致将改性纳米二氧化硅搅拌均匀，得到耐高温的复合材料1。

[0029] 制备耐高温的离型纸，包括以下步骤：

[0030] (1)制备普通淋膜层用的构成材料(不带微孔层)

[0031] 按质量比称取HDPE：LDPE：＝35：65，置于搅拌器中，开动搅拌器将其搅拌均匀，材料中HDPE选择熔融指数大于5g/10min、熔点≥127℃；LDPE采用熔融指数大于6g/10min的树脂，得到混合料；

[0032] (2)将耐高温的复合材料1和混合料分别加入带加热干燥的入料桶上，用自流方式分别进入到挤出机A(复合材料1)和挤出机B(混合料)上；

[0033] (3)分别设置挤出机A和挤出机B各段温度如下融熔180℃‑230℃、压缩220℃‑270℃、剪切250℃‑290℃、混练架桥280℃‑320℃、计量挤出300‑340℃、过滤300℃‑340℃、螺颈300℃‑340℃；

[0034] (4)调整模头温度在300℃‑340℃，并根据横向的厚度修正模头上的各区温度；

[0035] (5)按照淋膜机的穿纸工艺进行穿纸，调整冷却水温度使冷却轮表面不结露；

[0036] (6)慢速进机进行挤出复合，剂出复合中注意调整好复合轮压力，使压痕在28‑30mm，否则容易产生分层现象；

[0037] (7)调整电晕放电功率，使单位功率达1.5‑3W/m2，调节好后可以进行淋膜作业；

[0038] (8)调整好修边刀将淋膜后的纸修边后收卷成淋膜纸并包装好留待涂布离型剂；

[0039] (9)涂布离型层：将淋膜纸装在涂布机放卷台上，按涂布机工艺进行穿纸，进行离型层的涂布；

[0040] 其中，离型层的材料可选用无溶剂型有机硅，采用6辊滑差的涂布方式进行涂布，箔金按40‑50ppm比例添加，以瓦克硅油配方为例，其配比可按以下比例，W910:V90:OL＝10:0.3:0.12，当然也可以使用其他厂家的有机硅；根据客户要求调整涂布量，一般以电子工业用胶粘带，涂布量可参考为0.8‑1.5g/m2，但最终以客户的胶粘层的物性需求决定；

[0041] (10)升温涂布机烘箱，设置各区烘箱温度，以8节*4m烘箱为例，从涂布头入口顺序温度设置为105℃/120℃/135℃/150℃/150℃/150℃/140℃/130℃,温度设置因机台因素各有差异，但基本设置原则为上抛物线；

[0042] (11)待温度升致够温，开动涂布机，速度在140‑200m/min，检查收卷纸面温度≤35℃，否则应增加涂布烘箱出口的冷却效果，在此应检查涂层有否搓落、消光等不良；

[0043] (12)收卷、留样作产品理化检测并包装好材料成为产品，得到离型纸成品1。

[0044] 按以上工艺所得的离型纸成品1的各项物性指标如下表1‑1所示：

[0045] 表1‑1

[0046]

[0047]

[0048] 注：1.ND为未检出，MDL是该检验项目的检验极限值；

[0049] 从表1‑1可以看出，多项数据均优于现有的国家标准或行业标准。

[0050] 传统工艺与实施例1的成本对照见表1‑2。

[0051] 表1‑2采用实施例1与采用传统工艺分别所得的离型纸的成本对照(以淋25g/m2 PE计)

[0052]

[0053]

[0054] 注：1.淋膜厚度25μm，双面；

[0055] 2.PE单价以均价11元/kg；

[0056] 3.改性二氧化硅价格为18元/kg

[0057] 4.鉑金以5000ppm浓度为1950元/kg

[0058] 5.燃料以3.5元/m3的管道天然气；

[0059] 6.涂布机以天牛涂布机生产。

[0060] 由表1‑2可以看出，使用实施例1的制备工艺对比传统工艺生产的双面离型纸成本略有下降，同时最关键的是离型纸的耐温性能得到较大改善，这样将有利于用于生产高品质的电子工业类的压敏胶带。

[0061] 实施例2

[0062] 实施例2与实施例1的区别包括，实施例2中HDPE、LDPE和改性纳米二氧化硅的质量比为650:350:100。得到实施例成品2，标记为离型纸成品2。

[0063] 对离型纸成品2的进行各项物性指标如下表2‑1所示：

[0064] 表2‑1

[0065]

[0066]

[0067] 注：1.ND为未检出，MDL是该检验项目的检验极限值。

[0068] 2.基材使用NPI78g/m2黄纸。

[0069] 离型纸成品2中，离型纸的离型力是按1:3比例生产，该离型纸非常合适应用在无基材的压敏胶生产，如导电胶带、导热胶带、VHB胶带及石墨烯胶带。

[0070] 传统工艺与实施例2的成本对照见表2‑2。

[0071] 表2‑2采用实施例2与传统工艺的离型纸成本对照(以淋25g/m2PE计)

[0072]

[0073]

[0074] 注：1.淋膜厚度25μm双面；

[0075] 2.PE单价以均价11元/kg；

[0076] 3.改性二氧化硅价格为18元/kg

[0077] 4.鉑金以5000ppm浓度为1950元/kg

[0078] 5.燃料以3.5元/m3的管道天然气；

[0079] 6.涂布机以天牛涂布机生产；

[0080] 从表2‑1和2‑2可以看出，离型纸成品2的耐温性有所提高，但过多的加入会导致成本上升，并且使得膜面变脆，不满足要求。

[0081] 实施例3

[0082] 实施例3与实施例1的区别包括，实施例3中所选择的基材是格拉辛原纸，因为格拉辛纸面光滑，密度大，故在电晕处理步骤前加入涂布AC剂，所使用的AC剂为水性，如日本的EPOMIN的P‑1050，然后烘干，烘箱温度设定位90‑95℃，AC剂烘干后再进入电晕处理，电晕后再进行淋膜复合，经这样的工艺，使纸和PE的层间复合力得到大大的提高，完全满足产品要求，且所得离型纸能获得良好的耐热性能，得到实施例成品3，标记为离型纸成品3。对离型纸成品3的进行各项物性指标如下表3‑1所示。

[0083] 表3‑1

[0084]

[0085]

[0086] 注：1.ND为未检出，MDL是该检验项目的检验极限值；

[0087] 2.基材使用UPM58g/m2蓝色格拉辛。

[0088] 从表3可以看出，从表3‑1可以看出，虽然格拉辛纸面光滑淋膜纸分层力还是相当理想，硅迁移相当低，残余粘着率较高，是理想的离型材料，完全满足无基材的导电胶带、导热胶带、VHB胶带和石墨烯胶带等高性能胶带。

[0089] 传统工艺与实施例3的成本对照见表3‑2。

[0090] 表3‑2使用该工艺与传统工艺的离型纸成本对照(以淋25g/m2PE计)

[0091]

[0092]

[0093] 注：1.淋膜厚度25μm双面，基材为78g/m2格拉辛纸；

[0094] 2.PE单价以均价11元/kg；

[0095] 3.改性二氧化硅价格为18元/kg

[0096] 4.鉑金以5000ppm浓度为1950元/kg

[0097] 5.燃料以3.5元/m3的管道天然气；

[0098] 6.涂布机以天牛涂布机生产。

[0099] 从表3‑1和3‑2可以看出，使用实施例3的制备工艺对比传统工艺生产的双面离型纸成本3略有下降，同时最关键的是离型纸的耐温性能得到较大改善，这样将有利于用于生产高品质的电子工业类的压敏胶带，满足生产要求。

[0100] 对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下还可以做出若干简单推演或替换，而不必经过创造性的劳动。因此，本领域技术人员根据本发明的揭示，对本发明做出的简单改进都应该在本发明的保护范围之内。上述实施例为本发明的优选实施例，凡与本发明类似的工艺及所作的等效变化，均应属于本发明的保护范畴。