CN102344662A - 一种聚醚醚酮/有机化纳米蒙脱土复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚醚醚酮/有机化纳米蒙脱土复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚醚醚酮/有机化纳米蒙脱土复合材料及其制备方法，按重量份数计，聚醚醚酮100份，有机化纳米蒙脱土1-20份，所述有机化纳米蒙脱土是通过芳香族胺改性剂对钠基蒙脱土有机化获得；其制备方法是在聚醚醚酮的聚合完成之后，直接向聚合溶液中添加有机化纳米蒙脱土，聚醚醚酮与有机化纳米蒙脱土直接共混后获得；本发明提高了有机化纳米蒙脱土的分散效果，能使其均匀分散在聚醚醚酮中，进一步提高了复合材料的力学性能，生产工艺简单，生产成本降低。

Description

一种聚醚醚酮/有机化纳米蒙脱土复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种工程塑料，具体涉及一种聚醚醚酮/有机化纳米蒙脱土复合材料及其制备方法。
背景技术
聚醚醚酮（poly(ether-ether-ketone)，简称PEEK） 是一种性能优异的特种工程塑料，具有耐高温、自润滑、耐磨损好和抗疲劳等特性，使之成为当今最热门的高性能工程塑料之一，它主要应用于航空航天、汽车工业、电子电气和医疗器械等领域。 虽然聚醚醚酮具有许多优良性能，但是价格昂贵，限制了其在一些领域的应用。另外，它的冲击强度较差，为了进一步提高其性能，以满足各个领域的综合性能和多样化需要，可采用填充、共混、交联、接枝等方法对其进行改性，以得到性能更加优异的PEEK塑料合金或PEEK复合材料。 
如中国专利 CN200810051257.4公开了聚醚醚酮/有机化蒙脱土复合材料及其制备方法，是聚醚醚酮和有机化蒙脱土混合后，加入到双螺杆挤出机内,通过控制双螺杆挤出机料筒各段温度制备得到的，该方法得到的复合材料具有较高的强度，模量及尺寸稳定性等优点，但是，此方法是采用聚醚醚酮和有机化蒙脱土直接混合，难以保证有机化蒙脱土均匀分散在聚醚醚酮中，因此产品性能的提高大打折扣。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种聚醚醚酮/有机化纳米蒙脱土复合材料，该复合材料中有机化纳米蒙脱土能均匀分散在聚醚醚酮中，具有更高力学性能。
本发明的另一目的在于提供上述聚醚醚酮/有机化纳米蒙脱土复合材料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现：
一种聚醚醚酮/有机化纳米蒙脱土复合材料，其特征在于：按重量份数计，聚醚醚酮100份，有机化纳米蒙脱土1-20份；
其中，所述有机化纳米蒙脱土是通过改性剂对钠基蒙脱土有机化获得，所述改性剂为芳香族胺改性剂，优选苯胺或对苯二胺。
制备上述聚醚醚酮/有机化纳米蒙脱土复合材料的方法，包括以下步骤：
a、有机化纳米蒙脱土的制备：将芳香族胺改性剂溶于乙醇或水中，并加入钠基蒙脱土，改性剂、纳基蒙脱土和乙醇的摩尔比例为5:5:90，然后用10倍水洗涤，并干燥，即得到有机化纳米蒙脱土；
b、聚合聚醚醚酮，在聚合达到粘度后，按重量份配比，将上述有机化纳米蒙脱土加入到聚醚醚酮的溶液中进行机械共混，得到含有有机化纳米蒙脱土的聚醚醚酮聚合物粗产品； 
c、对上述聚合物粗产品进行精制，精制过程如下：将悬浮物放出，离心分离后进行水煮7-10次，每次煮沸时间40-60分钟，检测溶液中F离子含量为0.2mg/L，说明产物精制完成，于130℃下烘干干燥，即得到聚醚醚酮/有机化纳米蒙脱土复合材料。
上述聚醚醚酮可采用本领域公知技术聚合而成，例如：在装有温度计、通氮气管、冷凝分水器、锚式搅拌器的四口反应釜中，先加入精制环丁砜、4，4‘-二氟二苯甲酮和对苯二酚，待其全部溶解并待温度升到80℃时，加入过量2%Na2CO3,，再加入2Kg二甲苯后，搅拌、加热，待温度升至150℃，体系开始共沸，分水器中有二甲苯和水冷凝，上层二甲苯回流，下层水不断放出，待水回收到理论量时，上层二甲苯开始澄清透明，再继续回流20分钟，然后开始从体系中蒸出二甲苯，体系温度由加热不断上升，至温度达到265℃后，保持恒温，体系粘度随聚合反应进行粘度不断增大，待2小时后，粘度达到稳定值后停止反应，即制备得到聚醚醚酮。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1）本发明复合材料是采用原位溶液复合，即在聚醚醚酮的聚合完成之后，直接向聚合溶液中添加有机化纳米蒙脱土，聚醚醚酮与有机化纳米蒙脱土直接共混后获得的，提高了有机化纳米蒙脱土的分散效果，有机化纳米蒙脱土能十分均匀的分布在聚醚醚酮材料中，进一步提高了聚醚醚酮/有机化纳米蒙脱土复合材料的强度，模量及尺寸稳定性;
2）本发明制备工艺简单，提高了产品性能，降低了生产成本。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来说明本发明，但并不限于此。
实施例1
将91克苯胺溶于1620L乙醇中，并加入282克钠基蒙脱土，在60℃下搅拌反应5小时，然后用10L水多次洗涤，并于真空80℃下干燥3-5小时，即得到有机化纳米蒙脱土；
在装有温度计、通氮气管、冷凝分水器、锚式搅拌器的四口100L反应釜中，先加入精制环丁砜50Kg，然后加入6.67Kg的 4，4‘-二氟二苯甲酮和3.303Kg对苯二酚，待其全部溶解并待温度升到80℃时，加入3.498Kg 2%Na2CO3,，再加入2Kg二甲苯后，搅拌、加热，待温度升至150℃，体系开始共沸，分水器中有二甲苯和水冷凝，上层二甲苯回流，下层水不断放出，待水回收到理论量时，上层二甲苯开始澄清透明，再继续回流20分钟，然后开始从体系中蒸出二甲苯，体系温度由加热不断上升，至温度达到263℃后，保持恒温，体系粘度随聚合反应进行粘度不断增大，待2小时后，粘度达到稳定值后停止反应；按重量份计，将上述有机化纳米蒙脱土1份加入到含有100份聚醚醚酮的溶液中，得到含有有机化纳米蒙脱土的聚醚醚酮聚合物粗产品；
将聚合物粗产品进行精制,精制过程如下：将悬浮物放出，离心分离后进行水煮7次，每次用300L去离子水，每次煮沸时间40分钟，检测溶液中F离子含量为0.2mg/L，说明产物精制完成，于130℃烘干干燥，即得到聚醚醚酮/有机化纳米蒙脱土复合材料。测试产物性能，性能测试结果见表1。
实施例2
将108克对苯二胺溶于1620L乙醇中，并加入141克的钠基蒙脱土，在25℃下搅拌反应5小时，然后用10L水多次反复洗涤，并于真空下80℃干燥，得到有机化纳米蒙脱土；
在装有温度计、通氮气管、冷凝分水器、锚式搅拌器的四口100L反应釜中，先加入精制环丁砜50Kg，然后加入6.67Kg的 4，4‘-二氟二苯甲酮和3.303Kg对苯二酚，待其全部溶解并待温度升到80℃时，加入3.498Kg 2%Na2CO3,，再加入2Kg二甲苯后，搅拌、加热，待温度升至150℃，体系开始共沸，分水器中有二甲苯和水冷凝，上层二甲苯回流，下层水不断放出，待水回收到理论量时，上层二甲苯开始澄清透明，再继续回流20分钟，然后开始从体系中蒸出二甲苯，体系温度由加热不断上升，至温度达到263℃后，保持恒温，体系粘度随聚合反应进行粘度不断增大，待2小时后，粘度达到稳定值后停止反应；按重量份计，将上述有机化纳米蒙脱土20份加入到含有100份聚醚醚酮的溶液中，得到含有有机化纳米蒙脱土的聚醚醚酮聚合物粗产品；
对聚合物粗产品进行精制，精制过程如下：将悬浮物放出，离心分离后进行水煮7次，每次用300L去离子水，每次煮沸时间40分钟，检测溶液中F离子含量为0.2mg/L，说明产物精制完成，于130℃烘干干燥，即得到聚醚醚酮/有机化纳米蒙脱土复合材料。测试产物性能，性能测试结果见表1。
对比例1
在装有温度计、通氮气管、冷凝分水器、锚式搅拌器的四口100L反应釜中，先加入精制环丁砜50Kg，然后加入6.67Kg的 4，4‘-二氟二苯甲酮和3.303Kg对苯二酚（可得聚合物8.64Kg,固含量为15%），待其全部溶解并待温度升到80℃时，加入3.498Kg （过量2%）Na2CO3,，再加入2Kg二甲苯后，搅拌、加热，待温度升至150℃，体系开始共沸，分水器中有二甲苯和水冷凝，上层二甲苯回流，下层水不断放出，待水回收到理论量时，上层二甲苯开始澄清透明，再继续回流20分钟，然后开始从体系中蒸出二甲苯，体系温度由加热不断上升，至温度达到263℃后，保持恒温，体系粘度随聚合反应进行粘度不断增大，待2小时后，粘度达到稳定值后停止反应；直接出料，进行精制，精制过程同上述实施例，得到纯聚醚醚酮材料。
将各实施例制备的样品在高温注塑机上进行加工注塑，得到样条，采用GB/T1447测试，测试结果如表1所示：
           表1 对比例与实施例1~2所得的聚醚醚酮材料的力学性能比较
  力学强度MPa 模量GPa 断裂伸长率
实施例1 110 4.0 30%
实施例2 106 4.0 30%
对比例1 100 3.7 40%
 从上述结果可以看出，本发明直接向聚合溶液中添加有机化纳米蒙脱土制得的聚醚醚酮/有机化纳米蒙脱土复合材料具有更好的力学强度，模量及尺寸稳定性。

Claims (3)

1.一种聚醚醚酮/有机化纳米蒙脱土复合材料，其特征在于：按重量份数计，聚醚醚酮100份，有机化纳米蒙脱土1-20份；
其中，所述有机化纳米蒙脱土是通过改性剂对钠基蒙脱土有机化获得，所述改性剂为芳香族胺改性剂。
2.根据权利要求1所述的聚醚醚酮/有机化纳米蒙脱土复合材料，其特征在于：所述芳香族胺改性剂为苯胺或对苯二胺。
3.制备权利要求1所述的聚醚醚酮/有机化纳米蒙脱土复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、有机化纳米蒙脱土的制备：将芳香族胺改性剂溶于乙醇中，并加入钠基蒙脱土，改性剂、纳基蒙脱土和乙醇的摩尔比例为5:5:90，在20-60℃下搅拌反应3-6小时，然后用10倍水洗涤，并干燥，即得到有机化纳米蒙脱土；
b、聚合聚醚醚酮，在聚合达到粘度后，按重量份配比，将上述有机化纳米蒙脱土加入到聚醚醚酮的溶液中进行机械共混，得到含有有机化纳米蒙脱土的聚醚醚酮聚合物粗产品； 
c、对上述聚合物粗产品进行精制，精制过程如下：将悬浮物放出，离心分离后进行水煮7-10次，每次煮沸时间40-60分钟，检测溶液中F离子含量为0.2mg/L，说明产物精制完成，于130℃下烘干干燥，即得到聚醚醚酮/有机化纳米蒙脱土复合材料。
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