CN101362849B - 聚酯/纳米碳酸钙混合料的制备方法 - Google Patents
聚酯/纳米碳酸钙混合料的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种聚酯/纳米碳酸钙混合料的制备方法，包括将聚酯切片、纳米碳酸钙微粒、反应性单体和其他添加剂在高速混合机中高速混合的同时，利用混合发热或外加加热的方法，使混合体系的温度升高至145℃左右，使聚酯切片软化并使纳米碳酸钙和其他添加剂均匀包粘在聚酯切片上，而聚酯切片颗粒间没有严重的粘连。由本发明制备的聚酯/纳米碳酸钙混合料具有优异的加工性能，可通过熔喷或熔融纺丝制作纺织用纤维、薄膜或增强塑料。
Description
技术领域
本发明属高分子材料制备领域，特别是涉及一种聚酯/纳米碳酸钙混合料的制备方法。
背景技术
聚酯是一种优良的工程塑料原料，具有良好的耐磨性、耐热性和耐化学药品性，广泛应用于制造纤维、薄膜和塑料制品。但其低结晶速率和缺口冲击脆性限制了它作为工程结构材料的应用。聚合物/无机粒子复合材料是近年来材料领域的研究热点，其力学性能、韧性、耐热性、尺寸稳定性等性能较本体聚合物有显著提高，聚酯的改性途径中，添加纳米碳酸钙是一种较优异的方法，纳米碳酸钙是当前产量最大，价格最低的纳米材料，添加纳米碳酸钙制成的聚酯，其便于加工成膜，且薄膜具有高介电性能，用该改性聚酯制成的合成纤维，结晶性能和拉伸性能都有很大改善，还可以具有导湿、透气等新功能。对此，中国专利CN1663977已有报道。
但由于纳米碳酸钙粒径小、比表面积大，极易团聚，影响其应用，故而需要对其进行改性处理，目前改善纳米碳酸钙的分散性、强化界面粘结主要是利用高速混合机将树脂，纳米碳酸钙以及各种改性添加剂进行干法混合处理，仅仅为一种混合，然后将这种混合料用双螺杆熔融挤出，大量冷却水冷却成条带，用切粒机造粒，造粒后再进行干燥，供下道加工使用，如中国专利申请号03126909.5和200610034690.8。但明显存在能耗高、粉尘污染、设备投资大、工艺繁杂以及由于树脂二次熔融，纳米颗粒容易再次团聚的缺点。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种聚酯/纳米碳酸钙混合料的制备方法。该方法利用高速混合状态下，由于混合发热/或外加加热软化聚酯，使所有的添加剂均匀地分散并包粘在粉料或颗粒状聚酯上，而聚酯颗粒间没有严重的粘连，供下道工序的挤出、吹塑或注塑制作纤维、薄膜和塑料制品加工。
本发明的聚酯/纳米碳酸钙混合料的制备方法，包括下列步骤：
(1)按重量份数称取85～100份的聚酯切片、0.5～15份的纳米碳酸钙微粒和0.01～0.5份的表面处理剂和0.05～1.5份的抗氧剂；
(2)将纳米碳酸钙微粒和其他添加剂放入高速混合机中，搅拌混合至均匀后，再加入聚酯切片或粉料，升温并继续搅拌，在转速为500～6000转/分钟的高速混合的同时，利用混合发热或外加加热的方法，使混合体系的温度升高至145℃左右，使聚酯软化并使纳米碳酸钙均匀包粘在聚酯切片上，而聚酯颗粒间不发生严重粘连；冷却，至室温出料；
(3)将上述混合物或混合物作为母粒与聚酯混合后用双螺杆挤出机挤出纺丝或注塑成塑料制品。
所述纳米碳酸钙粒径为50～500nm，形状为纺锤形、立方形、针形、链形或球形。
所述的表面处理剂为硬酯酸、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、铝钛复合偶联剂、硅烷类偶联剂中的一种或几种。
所述抗氧化剂为复合抗氧剂B225
本发明的有益效果：
(1)利用混合发热或外加加热的方法，使混合体系的温度升高至145℃左右，使聚酯软化并使纳米碳酸钙和其它添加剂均匀包粘在聚酯切片上，而聚酯颗粒间不发生严重粘连。避免熔融造粒工序，从而避免双螺杆造粒时存在的耗能、耗水、尘土飞扬等缺点；
(2)将该复合料制得的纤维或塑料与纯聚酯纤维或塑料进行性能比较，结果表明复合料制品的力学、耐热性、耐化学腐蚀性及阻燃性较好，且通过加入填料，大大降低了聚酯制品的生产成本，对促进工业化生产具有重大意义；
(3)减少一道熔融过程，可避免螺杆造粒和后道加工二次熔融可能造成的团聚现象。
(4)表面处理剂的加入适当降低了碳酸钙微粒的表面活性，促进碳酸钙微粒更加均匀地分散在聚酯切片或粉料上；
(5)碳酸钙微粒的加入提高了聚酯制品的断裂强度和模量，降低纤维的断裂伸长率，但过量的碳酸钙加入会导致其表观粘度大大降低，影响结晶成核，对纺丝成型产生不利影响，从而使其性能也随之降低。
(6)本发明制备的聚酯/纳米碳酸钙混合料可广泛用于制作增强、增韧改性塑料、薄膜和纤维。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将3.6千克纳米碳酸钙、0.072千克钛酸酯偶联剂、0.17千克复合抗氧剂B225，加入高速混合机中和102千克聚对苯二甲酸乙二醇酯切片。高速混合机的转速为2400转/分钟，加热功率为2KW，20分钟后体系温度达145℃，所有添加剂都均匀包粘在聚对苯二甲酸乙二醇酯颗粒上，停止加热和混合。用螺杆纺丝机将混合料纺制成纤维，纤维性能如表1所示。
实施例2
将4.5千克纳米碳酸钙，0.09千克钛酸酯偶联剂，0.52千克复合抗氧剂B225，100千克聚对苯二甲酸乙二醇酯切片。高速混合的转速为2400转/分钟，加热功率为2KW，20分钟后体系温度达145℃，所有添加剂都均匀包粘在聚对苯二甲酸乙二醇酯颗粒上，停止加热和混合。用螺杆纺丝机将混合料纺制成纤维，纤维性能如表1所示。
实施例3
将6千克纳米碳酸钙，0.12千克钛酸酯偶联剂，0.76千克复合抗氧剂B225，95千克聚对苯二甲酸乙二醇酯切片。高速混合的转速为2400转/分钟，加热功率为2KW，20分钟后体系温度达145℃，所有添加剂都均匀包粘在聚对苯二甲酸乙二醇酯颗粒上，停止加热和混合。用螺杆纺丝机将混合料纺制成纤维，纤维性能如表1所示。
实施例4
将9.6千克纳米碳酸钙，0.2钛酸酯偶联剂，1.2千克复合抗氧剂B225，95千克聚对苯二甲酸乙二醇酯切片。高速混合的转速为2400转/分钟，加热功率为2KW，20分钟后体系温度达145℃，所有添加剂都均匀包粘在聚对苯二甲酸乙二醇酯颗粒上，停止加热和混合。用螺杆纺丝机将混合料纺制成纤维，纤维性能如表1所示。
实施例5
将9.6千克纳米碳酸钙，0.2千克钛酸酯偶联剂，1.2千克复合抗氧剂B225，95千克聚对苯二甲酸乙二醇酯切片。高速混合的转速为1200转/分钟，加热功率为2KW，25分钟后体系温度达145℃，所有添加剂都包粘在聚酯颗粒上，停止加热和混合。用螺杆纺丝机将混合料纺制成纤维，纤维性能如表1所示。
实施例6
除了将聚对苯二甲酸乙二醇酯切片换成聚对苯二甲酸丙二醇酯切片，温度达到148℃外，其他同实施例5，用螺杆纺丝机将混合料纺制成纤维，纤维性能如表1所示。
对照例1
将3.6千克纳米碳酸钙、0.072千克钛酸酯偶联剂、0.17千克复合抗氧剂B225，和102千克聚对苯二甲酸乙二醇酯切片加入高速混合机中。转速为3000转/分钟，混合20分钟后体系温度约120℃，所有添加剂均匀分散但没有包粘在聚对苯二甲酸乙二醇酯颗粒上。用螺杆纺丝机将混合料纺制成纤维，纤维性能如表1所示。
对照例2
除了将将9.6千克纳米碳酸钙，0.2千克钛酸酯偶联剂，1.2千克复合抗氧剂B225，95千克聚对苯二甲酸丙二醇酯切片加入高速混合机中，转速为1500转/分钟，加热功率为2KW，16分钟后体系温度达142℃，所有添加剂都均匀包粘在聚对苯二甲酸乙二醇酯颗粒上，停止加热和混合。用螺杆纺丝机将混合料纺制成纤维，纤维性能如表1所示。
表1
Claims (5)
1.一种聚酯/纳米碳酸钙混合料的制备方法，包括下列步骤：
(1)按重量份数称取85～100份的聚酯切片、0.5～15份的纳米碳酸钙微粒和0.01～0.5份的表面处理剂和0.05～1.5份的抗氧剂；
(2)将纳米碳酸钙微粒和其他添加剂放入高速混合机中，搅拌混合至均匀后，再加入聚酯切片，升温并继续搅拌，在转速为500～6000转/分钟的高速混合的同时，利用混合发热或外加加热的方法，使混合体系的温度升高至145℃，使聚酯软化并使纳米碳酸钙均匀包粘在聚酯切片上，而聚酯颗粒间不发生严重粘连；冷却，至室温出料；
(3)将上述混合物或以该混合物作为母粒与聚酯混合后用螺杆挤出机挤出纺丝或注塑成塑料制品。
2.根据权利要求1所述的一种聚酯/纳米碳酸钙混合料的制备方法，其特征在于：所述的纳米碳酸钙粒径为50～500nm，形状为纺锤形、立方形、针形、链形或球形。
3.根据权利要求1所述的一种聚酯/纳米碳酸钙混合料的制备方法，其特征在于：所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸丙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯。
4.根据权利要求1所述的一种聚酯/纳米碳酸钙混合料的制备方法，其特征在于：所述的表面处理剂为硬酯酸、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、铝钛复合偶联剂、硅烷类偶联剂中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种聚酯/纳米碳酸钙混合料的制备方法，其特征在于：所述抗氧化剂为复合抗氧剂B225。
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