本發明涉及高分子材料技術領域，具體涉及聚乙烯與蒙脫土負載二氧化鈦復合材料及其制備方法。
背景技術：
聚合物/納米粒子復合材料由于具有令人矚目的機械性能、熱性能、電性能、光性能等，已成為目前復合材料研究領域的研究熱點之一。聚乙烯PE是以乙烯為單體，經催化聚合、造粒而制得的一種熱塑性樹脂，其無臭，無毒，手感似蠟，具有優良的耐低溫性能(最低使用溫度可達-100～-70℃)且化學穩定性好，能耐大多數酸堿的侵蝕(不耐具有氧化性質的酸)。然而該材料也存在一定的不足，如低溫緩沖性能差，較易老化，后期加工成型耐熱性差，拉伸強度低等缺點，極大的限制了其在高端工程領域的發展與應用。
蒙脫土MMT是一種硅酸鹽的天然礦物，為膨潤土礦的主要礦物組分，是一類由納米厚度的表面帶負電的硅酸鹽片層，依靠層間的靜電作用而堆積在一起構成的土狀礦物，其晶體結構中的晶胞是由兩層硅氧四面體中間夾一層鋁氧八面體構成。具有獨特的一維層狀納米結構和陽離子交換性特性。經改性的蒙脫土具有很強的吸附能力，良好的分散性能，可以廣泛應用高分子材料行業作為納米聚合物高分子材料的添加劑，提高抗沖擊、抗疲勞、尺寸穩定性及氣體阻隔性能等，從而起到增強聚合物綜合物理性能的作用，同時改善物料加工性能。納米二氧化鈦，亦稱鈦白粉，直徑在100納米以下，產品外觀為白色疏松粉末。具有良好的抗紫外線、抗菌、自潔凈、抗老化等性能，可廣泛用于化妝品、功能纖維、塑料、油墨、精細陶瓷等領域，但由于其比表面積很大，且為無機物，很難與普通的有機聚合物相容，極大地限制了其在高分子復合材料領域的應用。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題就是提供一種聚乙烯/蒙脫土負載二氧化鈦復合材料及其制備方法，解決聚乙烯低溫緩沖性能差，較易老化，后期加工成型耐熱性差，拉伸強度低的缺點。
為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種聚乙烯/蒙脫土負載二氧化鈦復合材料，由以下重量份的原料混合而成：高密度聚乙烯100份，蒙脫土負載二氧化鈦5～10份，相容劑1～5份。
作為優選，由以下重量份的原料混合而成：高密度聚乙烯100份，蒙脫土負載二氧化鈦8份，相容劑3份。
作為優選，由以下重量份的原料混合而成：高密度聚乙烯100份，蒙脫土負載二氧化鈦5份，相容劑2份。
作為優選，由以下重量份的原料混合而成：高密度聚乙烯100份，蒙脫土負載二氧化鈦10份，相容劑5份。
作為優選，所述的相容劑為聚乙烯接枝馬來酸酐、聚氧化乙烯POE、聚乙烯接枝環氧中的一種。
本發明還提供了一種聚乙烯/蒙脫土負載二氧化鈦復合材料的制備方法，包括如下步驟：
(1)常溫下將蒙脫土加入到緩沖溶液中，超聲分散，然后將聚多巴胺加入到蒙脫土懸浮液中，常溫下攪拌，真空烘干，得到表面包覆聚多巴胺的蒙脫土；
(2)常溫攪拌下將表面包覆聚多巴胺的蒙脫土加入氯化氫和乙酸混合溶液中，然后在30℃-90℃下緩慢加入二氧化鈦前驅體，持續攪拌，真空烘干，得到蒙脫土負載二氧化鈦粉末；
(3)將蒙脫土負載二氧化鈦粉末與高密度聚乙烯置于高速混合機中、在200-500r/min轉速下混合7-10min，并同時添加配方比例的相容劑；
(4)將步驟(3)得到的共混物添加到螺桿擠出機中進行擠出造粒，擠出溫度為120-150℃，然后冷卻、切粒，得到聚乙烯/蒙脫土負載二氧化鈦復合材料。
作為優選，步驟(1)中，常溫下將蒙脫土加入到pH值為6.5的緩沖溶液中，超聲分散2min，然后將多巴胺加入到蒙脫土懸浮液中，常溫下攪拌4h。
作為優選，步驟(2)中，常溫劇烈攪拌下將表面包覆聚多巴胺的蒙脫土加入到0.2％的氯化氫和0.2％的乙酸溶液中，然后在60℃下緩慢加入二氧化鈦前驅體，持續攪拌12h。
作為優選，步驟(2)中的二氧化鈦前驅體為鈦酸異丁酯、鈦酸丙酯、四氯化鈦、鈦酸四乙酯中的一種或者任意兩種以上。
本發明通過有機聚多巴胺成分將蒙脫土與二氧化鈦納米粒子組合在一起，使之在聚乙烯材料基體中良好分散，進而提高材料的力學性能。通過本發明制得的聚乙烯/蒙脫土負載二氧化鈦復合材料具有拉伸強度提高47.2％～84.6％，沖擊強度提高30.4％～93.7％，且制備方法簡單易行，可以替代普通聚乙烯材料，降低材料成本。
具體實施方式
聚乙烯/蒙脫土負載二氧化鈦復合材料于由以下重量份的原料混合而成：高密度聚乙烯100份，蒙脫土負載二氧化鈦5～10份，相容劑1～5份。
其中，蒙脫土負載二氧化鈦的制備方法為：
(1)常溫下將蒙脫土加入到緩沖溶液中，超聲分散，然后將聚多巴胺加入到蒙脫土懸浮液中，常溫下攪拌，真空烘干，得到表面包覆聚多巴胺的蒙脫土；
蒙脫土占緩沖溶液的質量百分比為10％～30％，以形成良好的分散效果。
多巴胺的加入量與蒙脫土的摩爾比1:1～1:5，多巴胺在緩沖溶液中形成的聚多巴胺具有表面改性功能，能增強蒙脫土與聚合物界面結合力。
(2)常溫攪拌下將表面包覆聚多巴胺的蒙脫土加入氯化氫和乙酸混合溶液中，然后在30℃-90℃下緩慢加入二氧化鈦前驅體，持續攪拌，真空烘干，得到蒙脫土負載二氧化鈦粉末。
二氧化鈦前驅體與表面包覆聚多巴胺的蒙脫土之間的摩爾比為1:1～1:3，氯化氫與乙酸溶液按摩爾比1:2。二氧化鈦前驅體通過酸水解形成納米二氧化鈦。
步驟(1)中，常溫下將蒙脫土加入到pH值為6.5的緩沖溶液中，超聲分散2min，然后將多巴胺加入到蒙脫土懸浮液中，常溫下攪拌4h。多巴胺聚合的最佳條件為ph＝6.5，酸性過強或堿性條件下，多巴胺無法形成聚合物，從而難以對蒙脫土進行改性。
步驟(2)中，常溫劇烈攪拌下將表面包覆聚多巴胺的蒙脫土加入到0.2％的氯化氫(質量濃度)和0.2％的乙酸(質量濃度)溶液中，然后在60℃下緩慢加入二氧化鈦前驅體，持續攪拌12h。60℃是二氧化鈦形成的最佳溫度，溫度過高形成的二氧化鈦顆粒太大，過低，反應速率太慢。
下面通過實施例進一步詳細描述本發明，但本發明不僅僅局限于以下實施例。
實施例1
本發明一種聚乙烯/蒙脫土負載二氧化鈦復合材料的制備方法，包含如下步驟：
(1)常溫下將250g蒙脫土加入到pH值為6.5的緩沖溶液中，超聲分散2min，然后將10g多巴胺加入到蒙脫土懸浮液中，常溫下攪拌4h，真空烘干，得到表面包覆聚多巴胺的蒙脫土。
(2)常溫劇烈攪拌下將表面包覆聚多巴胺的蒙脫土加入到0.2％的氯化氫和0.2％的乙酸溶液中，然后在60℃下緩慢加入250g鈦酸異丁酯，持續攪拌12h，真空烘干，得到蒙脫土負載二氧化鈦粉末。
(3)將蒙脫土負載二氧化鈦粉末與10kg高密度聚乙烯置于高速混合機中、在200r/min轉速下混合7min，并同時添加100g聚乙烯接枝馬來酸酐相容劑。
(4)將步驟(3)得到的共混物添加到雙螺桿擠出機中進行擠出造粒，擠出溫度為120℃，然后通過40℃水槽冷卻、切粒，得到聚乙烯/蒙脫土負載二氧化鈦復合材料。
此實例制得的聚乙烯/蒙脫土負載二氧化鈦復合材料性能如下：拉伸強度達27.7MPa，沖擊強度達4.5KJ/m2，拉伸強度提高了84.6％，沖擊強度提高40.6％。
實施例2
本發明一種聚乙烯/蒙脫土負載二氧化鈦復合材料的制備方法，包含如下步驟：
(1)常溫下將300g蒙脫土加入到pH值為6.5的緩沖溶液中，超聲分散2min，然后將15g多巴胺加入到蒙脫土懸浮液中，常溫下攪拌4h，真空烘干，得到表面包覆聚多巴胺的蒙脫土。
(2)常溫劇烈攪拌下將表面包覆聚多巴胺的蒙脫土加入到0.2％的氯化氫和0.2％的乙酸溶液中，然后在60℃下緩慢加入300g鈦酸異丁酯，持續攪拌12h，真空烘干，得到蒙脫土負載二氧化鈦粉末。
(3)將蒙脫土負載二氧化鈦粉末與10kg高密度聚乙烯置于高速混合機中、在300r/min轉速下混合8min，并同時添加150g聚乙烯接枝馬來酸酐相容劑。
(4)將步驟(3)得到的共混物添加到雙螺桿擠出機中進行擠出造粒，擠出溫度為130℃，然后通過35℃水槽冷卻、切粒，得到聚乙烯/蒙脫土負載二氧化鈦復合材料。
此實例制得的聚乙烯/蒙脫土負載二氧化鈦復合材料性能如下：拉伸強度達23.1MPa，沖擊強度達6.2KJ/m2，拉伸強度提高了54.6％，沖擊強度提高93.7％。
實施例3
本發明一種聚乙烯/蒙脫土負載二氧化鈦復合材料的制備方法，包含如下步驟：
(1)常溫下將500g蒙脫土加入到pH值為6.5的緩沖溶液中，超聲分散2min，然后將30g多巴胺加入到蒙脫土懸浮液中，常溫下攪拌4h，真空烘干，得到表面包覆聚多巴胺的蒙脫土。
(2)常溫劇烈攪拌下將表面包覆聚多巴胺的蒙脫土加入到0.2％的氯化氫和0.2％的乙酸溶液中，然后在60℃下緩慢加入500g鈦酸異丁酯，持續攪拌12h，真空烘干，得到蒙脫土負載二氧化鈦粉末。
(3)將蒙脫土負載二氧化鈦粉末與10kg高密度聚乙烯置于高速混合機中、在500r/min轉速下混合10min，并同時添加500g聚乙烯接枝馬來酸酐相容劑。
(4)將步驟(3)得到的共混物添加到雙螺桿擠出機中進行擠出造粒，擠出溫度為150℃，然后通過35℃水槽冷卻、切粒，得到聚乙烯/蒙脫土負載二氧化鈦復合材料。
此實例制得的聚乙烯/蒙脫土負載二氧化鈦復合材料性能如下：拉伸強度達26.4MPa，沖擊強度達5.1KJ/m2，拉伸強度提高了76.3％，沖擊強度提高59.3％。