CN101280096A - 高光泽增强增韧聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

高光泽增强增韧聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高光泽增强增韧PET复合材料。它是按重量份数组成：PET 100份、改性纳米增强剂0.5～5.0份、成核促进剂0.1～10份、增韧剂5.0～25份、玻璃纤维10～45份、扩链剂0.1～1.0份、抗氧剂0.1～0.5份和润滑剂0.3～0.5份。其制备方法是将以上各组分在高速搅拌机上混合均匀，通过双螺杆挤出机熔融共混制成。本发明的优点是结晶速率快，光泽度高，综合力学性能优良。

Description

高光泽增强增韧聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及工程塑料改性技术领域，具体涉及一种高光泽增强增韧聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种热塑性工程塑料，具有优异的力学性能、电绝缘性、耐热性和耐化学试剂性，因而广泛用于纤维、薄膜以及饮料瓶领域。由于在通常应用的加工模温下，PET的结晶速率太慢而造成结晶不完善和不均匀，致使模塑周期延长，制品易粘附在模具上，并有翘曲、表面粗糙无光泽、耐冲击性和耐湿热性差等缺点，严重限制了其在工程塑料领域的发展。PET工程化的关键问题在于如何提高PET树脂的结晶速率，相应提高PET抗冲击性和机械强度。目前最常用和方便有效的方法是在PET树脂基体中添加成核剂以及结晶促进剂。如云母、滑石粉、碳酸钙、二氧化硅、高岭土等具有层状、针状结构的无机粉体，对聚酯既有增强作用，又能降低成型收缩不均的问题(KR9301997)。已报导的有机、无机类成核剂，在促进PET结晶、提高结晶速率的同时，又会出现诸多新问题。如专利TW583265B研制了一种由均匀分散的硅酸盐粘土制得的高光泽PET纳米聚酯，但该层状硅酸盐需先用含质子酸和插层剂的醇溶液进行膨化处理，制备工艺复杂，生产成本偏高；US4551485中使用硬脂酸钠做成核剂，使PET结晶速率大大提高，但该成核剂高温下和PET分子链起化学反应而起化学成核作用，易引起PET降解，特别是在加工过程中使分子质量下降，影响力学强度(引起类似问题的还有苯甲酸钠，硬脂酸镁)；非碱金属氢氧化物如Al(OH)3在PET的熔体结晶过程具有更好的成核效果，Al(OH)3通过脱水使邻近分子过冷成核，释放出的水使PET降解而加速结晶，导致分子量下降；纳米SiO2硬度大，易磨损加工设备，聚合过程中添加纳米SiO2对熔体具有增稠效应，难于得到高分子质量的PET，这将对材料的力学性能产生负面影响；纳米TiO2耐候性差，硬度大，用于玻纤增强PET工程塑料时会切断玻纤，影响PET工程塑料力学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高光泽增强增韧PET纳米复合材料。
本发明的另一目的在于提供一种高光泽增强增韧PET纳米复合材料的制备方法。在提高材料强度、韧性的同时，显著改善其表面光泽度。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种高光泽增强增韧聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米复合材料，其特征在于其组成按重量份数计为：
(1)聚对苯二甲酸乙二醇酯   100份      (2)改性纳米增强剂    0.5～5.0份
(3)成核促进剂             0.1～10份  (4)增韧剂            5.0～25份
(5)玻璃纤维               10～45份   (6)扩链剂            0.1～1.0份
(7)抗氧剂                 0.1～0.5份 (8)润滑剂            0.3～0.5份
所述的改性纳米增强剂为至少在一维方向上的尺寸为纳米级，平均粒径为1～100nm，经过表面改性处理的纳米材料，为纳米蒙脱土、纳米云母、纳米粘土、纳米天然重晶石、纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铝中的一种或两种以上的混合物。
所述的成核促进剂为低分子化合物，如酮类(二苯甲酮)、卤代烃类(四氯乙烷)、酯类(季戊二醇二苯甲酯、三苯基磷酸酯、邻苯二甲酸酯、酰胺酯、亚胺酯)、酰胺(N置换芳香酰胺、N置换三烯烃磺胺)；或为高分子化合物，如聚酯(聚己内酯及其封端化合物)、聚乙二醇(聚乙二醇1000、聚丙二醇及其封端化合物)、聚烯烃(脂环式羧酸改性聚烯烃)。
所述的增韧剂为马来酸酐接枝聚乙烯共聚物(PE-g-MAH)、马来酸酐接枝聚丙烯共聚物(PP-g-MAH)、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)、马来酸酐接枝聚苯醚共聚物(PPO-g-MAH)、马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MAH-g-SBS)、马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物(MAH-g-SEBS)、甲基丙烯酸缩水甘油酯-聚乙烯接枝共聚物(GMA-g-PE)、甲基丙烯酸缩水甘油酯-聚丙烯接枝共聚物(GMA-g-PP)、聚乙烯丙烯酸接枝物(PE-g-AA)、丙烯酸聚丙烯接枝物(PP-g-AA)中的一种，或为由二种或二种以上物质组成的复配物。
所述的玻璃纤维(GF)为无碱长玻璃纤维或短玻璃纤维，或为经表面改性的无碱长玻璃纤维，或为经表面改性的无碱短玻璃纤维。
所述的扩链剂为均苯二酐(PMDA)、对苯酚二羟基乙醚(HQEE)、1，4-丁二醇(1，4-BD)、3，3’-二氯-4，4’-二氨基-二苯基甲烷(MOCA)中的一种或几种。
所述的抗氧剂为酚类抗氧剂，如四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯(抗氧剂1010)、β-(4-羟基苯基-3，5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯(抗氧剂1076)、，三甘醇双[3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯](抗氧剂245)；或为含硫酯类抗氧剂，如硫代二丙酸二月桂酯(DLTP)；或为亚磷酸酯类抗氧剂，如三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(抗氧剂168)、亚磷酸三苯酯(TPP)；或是由以上抗氧剂组成的混合物。
所述的润滑剂为硅酯、有机硅烷、液体石蜡、五赤藓醇四硬脂酸酯(PETS)、1，2-亚乙基双脂肪酰胺类润滑剂中的一种，或为由它们组成的混合物。
一种用于高光泽增强增韧聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米复合材料的制备方法，其特征在于该方法具有如下工艺过程：将干燥的聚对苯二甲酸乙二醇酯、改性纳米增强剂与扩链剂、润滑剂、成核促进剂、抗氧剂、增韧剂在高速搅拌机中搅拌混合后加入到双螺杆挤出机中，熔融挤出温度设定在220～290℃范围内，真空度-0.08Pa，主机转速80～280r/min；增强剂玻璃纤维在第二加料口加入；挤出的物料经冷却、风干、切粒、干燥后，即得高光泽增强增韧聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米复合材料。
本发明对无机纳米增强剂进行高效表面处理，有效调控无机纳米增强剂表面态结构，结合高效分散手段，使无机纳米增强剂在多元复合PET树脂中具有很好的分散性和相容性。该无机纳米增强剂不仅是高效可控、价格低廉的成核剂，而且同时起到无机纳米刚性粒子增韧作用，显著提高材料的冲击性能。试验发现表面处理剂的选择和用量显著影响最终材料性能。
具体实施方式
实施例1～6按表1的配方进行备料；将干燥的聚对苯二甲酸乙二醇酯、改性纳米增强剂与扩链剂、润滑剂、成核促进剂、抗氧剂、增韧剂在高速搅拌机中搅拌混合后加入到双螺杆挤出机中，熔融挤出温度设定在220～290℃范围内，真空度-0.08Pa，主机转速80～280r/min；增强剂玻璃纤维在第二加料口加入；挤出的物料经冷却、风干、切粒、干燥后，即得高光泽增强增韧PET纳米复合材料。
实施例的配方如表1所示，其性能列于表2。
表1实施例配方
Figure A20081003773500061
Figure A20081003773500071
表2实施例复合材料的性能测试结果
  项目   测试方法   实施例1   实施例2   实施例3
  拉伸强度(MPa)   ASTMD638   112   130   150
  断裂伸长率(％)   ASTMD638   2.1   2.0   1.8
  弯曲强度(Mpa)   ASTMD790   163   180   209
  弯曲模量(Mpa)   ASTMD790   7700   8450   9950
  缺口冲击强度(悬臂)(J/m)   ASTMD256   80   92   106
  0.45Mpa下热变形温度℃   ASTMD648   240   246   250
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，并非用以限制本发明的专利范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或改进，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高光泽增强增韧聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米复合材料，其特征在于其组成按重量份数计为：
(1)聚对苯二甲酸乙二醇酯    100份
(2)改性纳米增强剂          0.5～5.0份
(3)成核促进剂              0.1～10份
(4)增韧剂                  5.0～25份
(5)玻璃纤维                10～45份
(6)扩链剂                  0.1～1.0份
(7)抗氧剂                  0.1～0.5份
(8)润滑剂                  0.3～0.5份。
2.根据权利要求1所述的高光泽增强增韧聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米复合材料，其特征在于所述的改性纳米增强剂为至少在一维方向上的尺寸为纳米级，平均粒径为1～100nm，经过表面改性处理的纳米材料，为纳米蒙脱土、纳米云母、纳米粘土、纳米天然重晶石、纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铝中的一种或两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的高光泽增强增韧聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米复合材料，其特征在于所述的成核促进剂为低分子化合物，如酮类(二苯甲酮)、卤代烃类(四氯乙烷)、酯类(季戊二醇二苯甲酯、三苯基磷酸酯、邻苯二甲酸酯、酰胺酯、亚胺酯)、酰胺(N置换芳香酰胺、N置换三烯烃磺胺)；或为高分子化合物，如聚酯(聚己内酯及其封端化合物)、聚乙二醇(聚乙二醇1000、聚丙二醇及其封端化合物)、聚烯烃(脂环式羧酸改性聚烯烃)。
4.根据权利要求1所述的高光泽增强增韧聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米复合材料，其特征在于所述的增韧剂为马来酸酐接枝聚乙烯共聚物(PE-g-MAH)、马来酸酐接枝聚丙烯共聚物(PP-g-MAH)、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)、马来酸酐接枝聚苯醚共聚物(PPO-g-MAH)、马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MAH-g-SBS)、马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物(MAH-g-SEBS)、甲基丙烯酸缩水甘油酯-聚乙烯接枝共聚物(GMA-g-PE)、甲基丙烯酸缩水甘油酯-聚丙烯接枝共聚物(GMA-g-PP)、聚乙烯丙烯酸接枝物(PE-g-AA)、丙烯酸聚丙烯接枝物(PP-g-AA)中的一种，或为由二种或二种以上物质组成的复配物。
5.根据权利要求1所述的高光泽增强增韧聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米复合材料，其特征在于所述的玻璃纤维为无碱长玻璃纤维或短玻璃纤维，或为经表面改性的无碱长玻璃纤维，或为经表面改性的无碱短玻璃纤维。
6.根据权利要求1所述的高光泽增强增韧聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米复合材料，其特征在于所述的扩链剂为均苯二酐(PMDA)、对苯酚二羟基乙醚(HQEE)、1，4-丁二醇(1，4-BD)、3，3’-二氯-4，4’-二氨基-二苯基甲烷(MOCA)中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的高光泽增强增韧聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米复合材料，其特征在于所述的抗氧剂为酚类抗氧剂，如四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯(抗氧剂1010)、β-(4-羟基苯基-3，5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯(抗氧剂1076)、，三甘醇双[3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯](抗氧剂245)；或为含硫酯类抗氧剂，如硫代二丙酸二月桂酯(DLTP)；或为亚磷酸酯类抗氧剂，如三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(抗氧剂168)、亚磷酸三苯酯(TPP)；或是由以上抗氧剂组成的混合物。
8.根据权利要求1所述的高光泽增强增韧聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米复合材料，其特征在于所述的润滑剂为硅酯、有机硅烷、液体石蜡、五赤藓醇四硬脂酸酯(PETS)、1，2-亚乙基双脂肪酰胺类润滑剂中的一种，或为由它们组成的混合物。
9.一种用于根据权利要求1所述的高光泽增强增韧聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米复合材料的制备方法，其特征在于该方法具有如下工艺过程：将干燥的聚对苯二甲酸乙二醇酯、改性纳米增强剂与扩链剂、润滑剂、成核促进剂、抗氧剂、增韧剂在高速搅拌机中搅拌混合后加入到双螺杆挤出机中，熔融挤出温度设定在220～290℃范围内，真空度-0.08Pa，主机转速80～280r/min；增强剂玻璃纤维在第二加料口加入；挤出的物料经冷却、风干、切粒、干燥后，即得高光泽增强增韧聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米复合材料。
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