CN101768258B - 一种pbt/poss纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种pbt/poss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PBT/POSS纳米复合材料及其制备方法，其复合材料是由以下配方为原料制备得到：环形聚对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)50-99.99重量份，笼型多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)0.01-50重量份，有机锡与POSS等摩尔份。其制备方法采用原位聚合工艺，利用经过改性POSS纳米粒子而合成的引发剂来引发对苯二甲酸环丁二醇酯(CBT)的开环聚合反应，制备出PBT/POSS相容性非常好的纳米复合材料。

Description

一种PBT/POSS纳米复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子复合材料，尤其涉及一种PBT/POSS纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
无机-有机纳米复合材料通常兼具无机纳米粒子以及有机聚合物的优点，因而成为现今材料科学中极具发展前景的一种新型材料。多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)不同于SiO2、有机硅和其他填料，它是一种具有纳米尺寸及笼状结构的无机-有机掺杂复合物。POSS的有机官能团使其与聚合物及有机单体在纳米结构尺寸上有很好的相容性，同时使得POSS单体更加容易接枝至聚合物中去，因此POSS独特的结构与性能为增强聚合物复合材料，提高材料的耐温性、抗氧化性、阻燃性、表面硬度及力学性能诸方面提供了机遇。
酯类聚合物如聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，现在正逐日增多地应用于包装、汽车零部件等，其每年的体积用量已基本占去整个工程塑料的11％左右。尤其是PBT，由于其具有较高高的韧性，强度，尺寸稳定性好，耐水，耐化学腐蚀以及不导电等优异性能，在工程方面具有广泛的用途，尤其是在汽车、建筑和结构材料等方面。因此PBT/POSS纳米复合材料的制备有着广阔的应用前景。
CBT是以PBT为原料，用催化剂在溶液中将PBT裂解为短链的齐聚物，并闭合成环状。CBT是不同低分子量环状齐聚物的混合物。它的特点就是在加热的情况下，会变的像水一样，粘度很低。若加入催化剂并在适当的温度下，CBT会聚合成高分子量的PBT树脂。这是一种新的材料。目前，关于CBT/POSS纳米复合材料的制备还未见相关报导。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PBT/POSS纳米复合材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种PBT/POSS纳米复合材料，是由以下配方为原料制备得到：
环形聚对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)       50-99.99重量份，
笼型多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)      0.01-50重量份，
有机锡                              与POSS等摩尔份。
上述PBT/POSS纳米复合材料的制备方法，是由PBT的低分子量环状齐聚物——环形聚对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)与笼型多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)进行原位聚合而制备得到；其原料配方为：环形聚对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)50-99.99重量份，笼型多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)0.01-50重量份，有机锡与POSS等摩尔份；
该制备方法的具体步骤为：
(a)用有机锡对POSS进行改性，合成POSS-Sn引发剂，反应式如下：
所用的有机锡结构式为：(R4-nSnXn)，其中X＝Cl，Br，I；n＝1，2，3，4；R为有机基团，将适量有机锡和POSS分别溶解在无水四氢呋喃(THF)中，然后往溶有POSS的THF溶液中加入三乙胺，再将溶解有机锡的THF溶液逐滴滴加入溶有POSS的三乙胺THF溶液中，搅拌2～48小时，抽滤，滤液倒入乙腈中沉淀，收集白色沉淀，真空干燥；
(b)用合成的POSS-Sn引发剂引发CBT开环聚合，反应式如下：
Figure GSB00000589438600022
其中m＝2-10；
用步骤(a)所得的POSS-Sn引发剂在150～300℃、机械搅拌、氮气条件下引发CBT进行开环聚合，得到含有POSS的PBT纳米复合材料。
所采用的CBT为CBT100或CBT160。
所用的笼型多面体低聚倍半硅氧烷为所有带羟基的笼型多面体低聚倍半硅氧烷，其结构式为：(RSiO1.5)8，R为有机基团。
与现有技术相比，本发明通过采用由POSS改性所合成的引发剂来引发PBT的低分子量环状齐聚物CBT开环聚合的方式来制备得到性能优异的PBT/POSS纳米复合材料。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
将0.7g单丁基三氯化锡和3gPOSS分别溶解在12ml和40ml无水四氢呋喃(THF)中，然后往溶有POSS的THF溶液中加入0.9g三乙胺，搅拌均匀；再将溶解单丁基三氯化锡的THF溶液逐滴滴加入溶有POSS的三乙胺THF溶液中，搅拌12小时。抽虑，虑液倒入乙腈中沉淀，收集白色沉淀，真空干燥，得POSS-Sn引发剂。取所得的POSS-Sn引发剂1.0g在200℃、搅拌、氮气条件下引发99.0gCBT进行开环聚合，得到POSS含量为1wt％的PBT纳米复合材料。
实施例2
POSS-Sn引发剂的制备如实施例1所述。取5.0g所制备的POSS-Sn引发剂在200℃，搅拌，氮气条件下引发95.0gCBT进行开环聚合，得到POSS含量为5wt％的PBT纳米复合材料。
实施例3
POSS-Sn引发剂的制备如实施例1所述。取10.0g所制备的POSS-Sn引发剂在200℃，搅拌，氮气条件下引发90.0gCBT进行开环聚合，得到POSS含量为10wt％的PBT纳米复合材料。
实施例4
POSS-Sn引发剂的制备如实施例1所述。取20.0g所制备的POSS-Sn引发剂在200℃，搅拌，氮气条件下引发80.0gCBT进行开环聚合，得到POSS含量为20wt％的PBT纳米复合材料。
实施例5
POSS-Sn引发剂的制备如实施例1所述。取50.0g所制备的POSS-Sn引发剂在150℃，搅拌，氮气条件下引发50.0gCBT进行开环聚合，得到POSS含量为50wt％的PBT纳米复合材料。
实施例6
POSS-Sn引发剂的制备如实施例1所述。取0.01g所制备的POSS-Sn引发剂在300℃，搅拌，氮气条件下引发99.99gCBT进行开环聚合，得到POSS含量为0.01wt％的PBT纳米复合材料。

Claims (2)

1.一种PBT/POSS纳米复合材料的制备方法，其特征在于，它是由PBT的低分子量环状齐聚物——环形聚对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)与笼型多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)进行原位聚合而制备得到；其原料配方为：环形聚对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)50-99.99重量份，笼型多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)0.01-50重量份，有机锡与POSS等摩尔份；
该制备方法的具体步骤为：
(a)用有机锡对POSS进行改性，合成POSS-Sn引发剂，反应式如下：
Figure FSB00000728209900011
所用的有机锡结构式为：(R4-nSnXn)，其中X＝Cl，Br，I；n＝1，2，3，4；R为有机基团，将适量有机锡和POSS分别溶解在无水四氢呋喃(THF)中，然后往溶有POSS的THF溶液中加入三乙胺，再将溶解有机锡的THF溶液逐滴滴加入溶有POSS的三乙胺THF溶液中，搅拌2～48小时，抽滤，滤液倒入乙腈中沉淀，收集白色沉淀，真空干燥；
(b)用合成的POSS-Sn引发剂引发CBT开环聚合，反应式如下：
Figure FSB00000728209900012
其中m＝2-10；
用步骤(a)所得的POSS-Sn引发剂在150～300℃、机械搅拌、氮气条件下引发CBT进行开环聚合，得到含有POSS的PBT纳米复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种PBT/POSS纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所用的笼型多面体低聚倍半硅氧烷为所有带羟基的笼型多面体低聚倍半硅氧烷，其结构式为：(RSiO1.5)8，R为有机基团。
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