納米材料的定義納米是長度計量單位，1納米（nm）是1m的十億分之一；納米粒子是指粒徑為1-100nm的粒子，當粒徑達到一定細度后其凝聚的傾向就相當嚴重。納米粒子粒徑小、表面能大、極易團聚，所以如何解決團聚問題使納米粒子在基體材料中達到充分均勻地分布、分散就成了影響復合改性注塑加工材料性能的關鍵。
 
    眾所周知，納米科技是20世紀80年代末誕生并正在崛起的新科學技術。納米材料具有廣泛應用價值，得到世界各國的一致肯定，紛紛投入巨資進行開發(fā)；納米技術也引起我國政府、科學界及社會各界的重視和關注，我國政府把納米技術列入國家“攀登計劃”和國家“重大攻關項目”，科學院等一些科研機構、大專院校對開發(fā)納米技術制定計劃、部署方案進行納米技術研制工作；納米材料被列入S-863計劃范圍，納米材料的研究和應用領域正蓬勃展開。 
 

    本技術是克服由于納米粒子巨大的表面能為防止納米粒子團聚，在共凝前結合表面偶聯劑進行處理技術的同時進行熔融共混以及特殊的機械共混技術，以求達到納米粒子與樹脂基體材料復合均勻分布、分散的進行，以控制納米粒子的尺寸形態(tài)均勻地分散在基體樹脂中。
 
    由于納米粒子表面活性大、極易發(fā)生團聚，使用載體材料納米材料經界面改性偶聯劑對其進行表面處理，使其表面部分鈍化，有利分散使改性材料性能得到提高；從理論上講光靠機械力是難以把凝聚體打開的；采用本發(fā)明的共混改性方法對納米級粉體填料與塑料基體的界面改性，制備綜合性能優(yōu)良的復合材料。 采用熔融共混法制備納米塑料由于納米粒子高的表面能容易團聚在塑料基體中難以分散，采用熔融機械分布、分散共混法進行改性時，在共混前先對載體材料（如：乙烯辛烯共聚物）進行偶聯劑（如：硅烷偶聯劑或鈦酸酯偶聯劑）表面處理后納米粒子加入到熔融樹脂中共混分布、分散塑化加工成型。利用偶聯劑表面包覆載體材料改性技術覆蓋于納米粒子表面而賦予粒子表面新的性質，適當的表面修飾可有效地鈍化納米粒子的表面防止硬團聚的產生；
 
    僅利用現有的表面活化、共混技術難以獲得納米尺度的均勻分布、分散混合，也就無法體現納米材料所特有的性能特征，因而如何加強對表面活化處理技術與熔融機械分布、分散共混技術的研究創(chuàng)新、控制納米相的團聚與分散，有效地防止納米粒子在制備和應用過程中的團聚、保持納米尺寸，對納米注塑加工材料的研究無疑有著重要的意義，當納米粒子以納米尺度均勻地分散于聚合物基體中之后將能大大改進和提高復合改性材料的綜合性能，故納米粒子在聚合物中達到均勻分布、分散就成了影響復合改性材料性能的關鍵。 

    目的在于提供一種塑料改性用納米級功能母粒的制備方法，主要解決納米級功能母粒在制造中的團聚問題，使納米粒子在聚合物基體中達到均勻分布、分散，有利于實現大規(guī)模工業(yè)化連續(xù)性生產。 
為實現上述目的，本發(fā)明是這樣實現的
 
    塑料改性用納米級功能母粒的制備方法，其特征在于它是采用“兩步法”，a前期偶聯劑表面修飾處理，b后期熔融共混機械改性以密煉和往復式單螺桿機組連續(xù)相均勻分布、分散混煉擠出成型，消除導致納米顆粒的團聚“瓶頸”技術。 

    所述的納米級功能母粒的制備方法，其特征在于所述的前期偶聯劑表面修飾處理，表面改性偶聯劑是硅烷偶聯劑或鈦酸酯偶聯劑進行修飾處理，是利用偶聯劑“分子橋”功能改變顆粒表面形態(tài)結構與能態(tài)分布，不但可增加無機納米粒子與有機聚合物基體之間的親和性，更加有利于納米粒子的分散，從原理上消除導致納米硬團聚的化學鍵因素。 

    所述的納米級功能母粒的制備方法，其特征在于所述的后期熔融共混連續(xù)擠出成型、機械粉碎室制備超細粉體的重要方法之一，聚合物在機械粉碎過程中顆粒細化的同時粉體的形態(tài)結構、物理化學性質將產生變化，在應力承受點或受壓力反復作用的局部區(qū)域將產生力化學反應，產生常規(guī)化學過程不能得到的非平衡態(tài)結構，成為通用高分子材料高性能和功能化的重要途徑之一。
 
    如：聚合物納米復合材料的制備是經表面處理消除硬團聚因素的納米粒子，其粒子間仍然會通過范德華力和庫侖力等作用產生物理吸附形成軟團聚。
 
    因此與前期納米填料表面改性效果好壞一樣，后期成型加工設備分散性能的優(yōu)劣對納米復合材料的最終性能更有重要影響，在后期加工中采用間歇式密煉機分布混煉塑化和連續(xù)往復式單螺桿混煉擠出機分散能力強大的結構新穎的組合熔融共混混煉塑化，使納米離自己均勻分布、分散于聚合物基體中，達到對聚合物納米改性的目的，尚能較好地解決納米粒子軟團聚的技術“瓶頸”問題。 

    所述的納米級功能母粒的制備方法，其特征在于包括如下步驟： 
    步驟一
    將復合體系中原料按組分比例經自動計量秤計量配制后加入告訴混合機進行混合均勻處理； 
    步驟二
    將混合均勻處理的原料輸入到斗式密煉機進行密煉分布塑化呈不規(guī)則的團、塊狀物料； 
    步驟三
    將經過密煉機分布塑化后的團、塊狀物料通過自動翻斗提升機輸送到雙腕螺桿喂料機后，再送入往復式單螺桿混煉擠出機組并擠出條狀物料連續(xù)切粒； 
    步驟四
    將經往復式單螺桿擠出機組均勻分布，分散塑化物料，經切粒處理后的納米級功能母粒通過多級旋風分離器冷卻后由振動篩進行整粒處理，避免母粒物料之間產生粘連呈均勻顆粒狀功能母粒物料，并經定量計量獨立包裝。 

    所述的往復式單螺桿擠出機組由剖分式機筒、內襯、螺桿芯軸、螺桿塊、混煉齒和混煉銷釘構成；其中剖分式機筒的筒壁內設置內襯，該內襯上設置有混煉齒和混煉銷釘，該螺桿芯軸上軸向套設若干螺桿塊；套設了螺桿塊的螺桿芯軸安裝在剖分式機筒內。 

    通過復合物體系中表面改性偶聯劑的加入有助于改善納米級顆粒粒子的團聚特性，然后再通過間歇式斗式密煉機和往復式單螺桿混煉擠出機組的結構，使納米級顆粒料在熔融基體塑化過程中達到均勻分布、分散混煉，它是一種通過化學配伍和機械剪切的雙重方式克服納米級顆粒團聚的特性方法，實現塑料改性用納米級功能母粒在連續(xù)性規(guī)模制備生產。 

    間歇式斗式密煉機的主要作用是將加入的復合物進行強迫預塑化處理，物料的投入、輸出方式是間歇式的，且輸出的預塑化物料城團、塊不規(guī)則結構；由于密煉機其兩個輪子具有特殊的幾何形狀，有正反向螺桿、轉自頂部與室壁形成窄間隙，當轉自旋轉時就會在鍥形區(qū)和窄間隙中產生很高的剪切速率和拉伸速率，這非常有利于納米顆粒的分布混合，故可以達到很高的混煉質量。 

    往復式單螺桿擠出機組在結構上與現有普通單螺桿和雙螺桿擠出機有很大的不同，其螺桿上的螺紋不是連續(xù)的螺紋每轉一圈中斷數次（3-4次），機筒是剖分式的可迅速打開，內表面按一定規(guī)律（如：軸向的三排）安排混煉銷釘，組合式的螺桿由螺桿芯軸和螺桿芯軸上軸向套設若干螺桿塊構成，它是一種積木式的套設結構。
 
    螺桿在連續(xù)旋轉的同時還按一定規(guī)律做軸向往復運動，這使物料在螺桿和機筒中的運動大為復雜，機筒的內襯上的混煉銷釘和混煉齒，對物料的混煉和輸送，對物料進行分布、分散混合的作用。
 
    銷釘與每個螺塊的相對運動軌跡呈∞曲線，是物料承受連續(xù)的剪切、取向、切割、折疊、拉伸等過程，得到良好的混煉、分散效果是螺桿具有連續(xù)混煉工作特性的混煉機械，這種往復式運動可產生強烈混煉效果，既保留了間歇式密煉機的優(yōu)良混煉性能，又發(fā)揮了螺桿擠出機的連續(xù)軸向混煉和徑向混合的特點，連續(xù)式混煉機是一種調節(jié)范圍較廣的機械混煉設備，可以得到不同混煉效果滿足不同工藝技術要求，在混煉混合過程中物料于混煉室內進行強烈的軸向循環(huán)流動，使得該設備具有較強的軸向分散混合能力，在塑料材料共混改性、功能母粒的制造等領域得到創(chuàng)新應用，由于其具有非常優(yōu)異的軸向及徑向分布、分散混合性能，故在納米級高填充分布、分散混合的場所得到了應用。
 
    往復式單螺桿連續(xù)混煉擠出機組轉自的混煉段螺棱的長度、螺棱角和旋向的各不相同在轉子的混煉段物料依次收到來自螺棱的大小與方向不同的推理作用，這種變化加劇了混煉物料界面的更新和流動的紊亂程度，促進了分散混煉和低熔點揮物通過機身段設置的真空排氣口的脫排極為有利；
 
    這種循環(huán)流動導致物料的返混與交換促進了混煉與分散的進行，物料循環(huán)流動速度越快轉子對物料的混煉作用越強烈，共混物的分散在此熔體剪應力的作用下被伸展、拉長、團塊被碾碎，在紊流流動的作用下得到重新分布于分散，強化了分散相在連續(xù)相中的分散防止其重新積聚、結團，促進共混物相混煉和軸向混煉的分散混煉和分布混煉的進行，達到提高混煉均勻的“納米效應”塑化結果。 

    由于納米粒子存在很大的界面自由能，粒子極易自發(fā)團聚，要將無機納米粒子直接分散于有機基質中制備聚合物納米復合材料，通過必要的化學預分散和物理機械分散技術打開納米粒子團聚體，將其均勻地分散到聚合物基體材料中并與基體材料產生有良好的親和性，首先考核的是納米材料是不是真正以納米粒子的形式分散到塑料基體中，其次是納米粒子與塑料基體是否達到真正相容，只有當納米材料真正以納米粒子的形式均勻分散到塑料基體中，而且與塑料基體真正相容，并發(fā)生納米尺度上的改性后的塑料才是真正的納米塑料。 

    歷年來，納米材料一直是科技界研究的熱點。但就納米粉體而言，無論是制備還是應用納米材料的分散都是納米材料制備的關鍵。納米材料作為一項高新技術在塑料的高性能化改性中、開發(fā)應用特殊性能的納米塑料是有重要的實際意義，尤其是納米塑料表現出同時增強、增韌的特性，改善力學性能以及其它性能是表現出的“納米效應”，更為開拓納米塑料的應用領域開辟了廣闊的前景。 

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