CN104693673A - 一种高稳定性高分子复合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高稳定性高分子复合物及其制备方法。本发明复合物为聚甲醛、环糊精包合物的共混物,聚甲醛与环糊精包合物的质量比为100:0.5~2。具体方法是将干燥后的聚甲醛及环糊精包合物按质量比为100:0.5~2,加入到熔融混炼设备中,于180~200℃下进行熔融混炼,得到混合物;将混合物从熔融混炼设备中出料,降至常温并结晶,得到高热稳定性的聚甲醛复合物。本发明的聚甲醛复合物极大提高了聚甲醛的热稳定性,且保证了材料优异的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域,涉及一种高稳定性高分子复合物及其制备方法,尤其涉及一种通过一种环糊精包合物来获得同时兼具高热稳定性和优异力学性能的聚甲醛复合物及其制备方法。
背景技术
聚甲醛(POM)因具有优良的综合性能而被广泛应用,其主要优点包括强度高,刚性好,硬度大,耐溶剂性和耐蚀性优良,且成型加工性能良好等,因此是十分理想的工程塑料之一。然而,由于特殊的分子结构,其热稳定性较差,在熔融加工期间会发生降解,从而产生大量的甲醛气体,不但污染环境,危害人类健康,且易被氧化为甲酸,并导致聚甲醛发生酸解,使得材料性能进一步下降。
发明内容
本发明的一个目的是针对现有技术的不足,提供一种高稳定性高分子复合物POM-IC-EPE/PEP。
本发明高分子复合物POM-IC-EPE/PEP为共混物,该共混物包括聚甲醛(作为基体)、环糊精包合物(作为添加剂);聚甲醛和环糊精包合物的质量比为100:0.5~2;
作为优选,聚甲醛和环糊精包合物的质量比为100:1;
本发明的另一个目的是提供制备上述高稳定性高分子复合物POM-IC-EPE/PEP的方法。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术手段包括以下步骤:
步骤(1).将聚甲醛及环糊精包合物分别在80~110℃下真空干燥48~72h;
步骤(2).将干燥后的聚甲醛及环糊精包合物按质量比为100:0.5~2,加入到熔融混炼设备中,于180~200℃下进行熔融混炼,得到混合物;
所述的熔融混炼设备为密炼机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机;
如将干燥后的聚甲醛及环糊精包合物加入密炼机进行熔融混炼,预混时密炼机的转子速度为10~30rpm/min,熔融混炼1~2min,然后将转子速度提升至45~75rpm/min,熔融混炼5~10min;
如将干燥后的聚甲醛及环糊精包合物加入单螺杆挤出机或双螺杆挤出机进行熔融混炼,喂料时螺杆挤出机的螺杆速度为10~20rpm/min,挤出时将螺杆速度提升至45~75rpm/min;
步骤(3).将混合物从熔融混炼设备中出料,降至常温并结晶,得到高热稳定性的聚甲醛复合物。
所述的环糊精包合物为环糊精与三嵌段共聚物复合而成,环糊精嵌套在三嵌段共聚物中PPG链段上,其中一个环糊精分子包覆两个PG单元,以此类推计算环糊精与三嵌段的质量比;
所述的三嵌段共聚物为聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇(PEG-PPG-PEG)或聚丙二醇-聚乙二醇-聚丙二醇(PPG-PEG-PPG);
环糊精包合物的制备方法如下:将三嵌段共聚物于40~60℃下加入环糊精水溶液中,并冷却至常温,经超声处理后静置过夜,产生白色沉淀,分离后即可获得嵌段聚合物的包合物;
作为优选,所述的环糊精为β环糊精;
作为优选,所述的环糊精包合物为β环糊精与PPG-PEG-PPG三嵌段共聚物共混复合而得的包合物。
作为优选,所述的环糊精包合物为β环糊精与客体分子量≥2800的三嵌段共聚物共混复合而得的包合物。
作为优选,步骤(2)中干燥后的聚甲醛及环糊精包合物按质量比为100:1加入到熔融混炼设备进行熔融混炼。
本发明的有益效果是:
本发明创新性地将一种环糊精包合物作为添加剂成功地对POM进行了改性,表现出两方面的优点:(1)组成简单,且添加量小,通过简单添加即可实现聚甲醛材料热稳定性的大幅提高,这在之前从未有过报道;(2)此外,此种聚甲醛复合物在保证一定断裂伸长率的同时,使得材料的强度有大幅提高,可满足实际需要。
本发明选择一种环糊精包合物的原因如下:(1)这种环糊精包合物为PEG-PPG-PEG或PEG-PPG-PEG与环糊精的复合物,制备过程绿色简单,且原料商品化,可选择余地较大,可在实验室条件下制备出不同客体分子量、不同嵌段比的包合物;(2)使材料热稳定性大幅提高的基础上,也保证了材料的力学性能。
本发明的聚甲醛复合物极大提高了聚甲醛的热稳定性,且保证了材料优异的力学性能,可以应用在汽车工业、建筑、电子电器等等领域。
附图说明
图1为对比例1~2、实施例2-1~2-2所制备的材料在氮气气氛下的热重分析图;
图2为对比例1~2、实施例2-1~2-2所制备的材料在氮气气氛下的微商热重分析图;
图3为对比例1~2、实施例2-3~2-4所制备的材料在氮气气氛下的热重分析图;
图4为对比例1~2、实施例2-3~2-4所制备的材料在氮气气氛下的微商热重分析图;
图5为对比例1~2、实施例2-5所制备的材料在氮气气氛下的热重分析图;
图6为对比例1~2、实施例2-5所制备的材料在氮气气氛下的微商热重分析图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的分析。
首先制备环糊精包合物,见实施例1-1~实施例1-6:
实施例1-1.
将1g分子量为2800的PEG-PPG-PEG于40℃下加入5gβ环糊精水溶液中,并冷却至常温,经超声处理后静置过夜,产生白色沉淀,分离后即可获得嵌段聚合物的环糊精包合物-1。
实施例1-2.
将1g分子量为2900的PEG-PPG-PEG于50℃下加入6gβ环糊精水溶液中,并冷却至常温,经超声处理后静置过夜,产生白色沉淀,分离后即可获得嵌段聚合物的环糊精包合物-2。
实施例1-3.
将1g分子量为5800的PEG-PPG-PEG于60℃下加入7gβ环糊精水溶液中,并冷却至常温,经超声处理后静置过夜,产生白色沉淀,分离后即可获得嵌段聚合物的环糊精包合物-3。
实施例1-4.
将1g分子量为8400的PEG-PPG-PEG于50℃下加入2gβ环糊精水溶液中,并冷却至常温,经超声处理后静置过夜,产生白色沉淀,分离后即可获得嵌段聚合物的环糊精包合物-4。
实施例1-5.
将1g分子量为14600的PEG-PPG-PEG于50℃下加入2gβ环糊精水溶液中,并冷却至常温,经超声处理后静置过夜,产生白色沉淀,分离后即可获得嵌段聚合物的环糊精包合物-5。
实施例1-6.
将1g分子量为2000的PPG-PEG-PPG于50℃下加入5gβ环糊精水溶液中,并冷却至常温,经超声处理后静置过夜,产生白色沉淀,分离后即可获得嵌段聚合物的环糊精包合物-6。
然后利用实施例1-1~实施例1-6制备得到的环糊精包合物和聚甲醛制备得到聚甲醛复合物POM-IC-EPE/PEP,具体如下:
对比例1.
步骤(1).将聚甲醛在80~110℃下真空干燥48~72h;
步骤(2).将50g干燥后的聚甲醛加入密炼机中,于180~200℃下熔融共混,10~30rpm/min转速下熔融混炼1~2min,然后将转子速度提升至45~75rpm/min,熔融混炼5~10min。
步骤(3).将聚甲醛熔体从密炼机中出料,降至常温并结晶,得到聚甲醛材料。
对比例2.
步骤(1).将聚甲醛、β环糊精分别在80~110℃下真空干燥48~72h;
步骤(2).将50g干燥后的聚甲醛与0.5g干燥后的β环糊精加入密炼机中,于180~200℃下熔融共混,10~30rpm/min转速下熔融混炼1~2min,然后将转子速度提升至45~75rpm/min,熔融混炼5~10min。
步骤(3).将共混物从密炼机中出料,降至常温并结晶,得到聚甲醛复合物材料。
对比例2制备的聚甲醛复合物中聚甲醛与β环糊精的质量比为50:0.5。
实施例2-1.
步骤(1).将聚甲醛、环糊精包合物-1分别在80~110℃下真空干燥48~72h;
步骤(2).将50g干燥后的聚甲醛与0.5g干燥后的环糊精包合物-1加入密炼机中,于180~200℃下熔融共混,10~30rpm/min转速下熔融混炼1~2min,然后将转子速度提升至45~75rpm/min,熔融混炼5~10min。
步骤(3).将共混物从密炼机中出料,降至常温并结晶,得到聚甲醛复合物材料POM-IC-EPE。
实施例2-1制备的聚甲醛复合物POM-IC-EPE中聚甲醛与环糊精包合物的质量比为50:0.5。
实施例2-2.
步骤(1).将聚甲醛、环糊精包合物-2分别在80~110℃下真空干燥48~72h;
步骤(2).将50g干燥后的聚甲醛与0.5g干燥后的环糊精包合物-2加入密炼机中,于180~200℃下熔融共混,10~30rpm/min转速下熔融混炼1~2min,然后将转子速度提升至45~75rpm/min,熔融混炼5~10min。
步骤(3).将共混物从密炼机中出料,降至常温并结晶,得到聚甲醛复合物材料POM-IC-EPE。
实施例2-2制备的聚甲醛复合物POM-IC-EPE中聚甲醛与环糊精包合物-2的质量比为50:0.5。
实施例2-3.
步骤(1).将聚甲醛、环糊精包合物-3分别在80~110℃下真空干燥48~72h;
步骤(2).将50g干燥后的聚甲醛与0.5g干燥后的环糊精包合物-3加入密炼机中,于180~200℃下熔融共混,10~30rpm/min转速下熔融混炼1~2min,然后将转子速度提升至45~75rpm/min,熔融混炼5~10min。
步骤(3).将共混物从密炼机中出料,降至常温并结晶,得到聚甲醛复合物材料POM-IC-EPE。
实施例2-3制备的聚甲醛复合物POM-IC-EPE中聚甲醛与环糊精包合物-3的质量比为50:0.5。
实施例2-4.
步骤(1).将聚甲醛、环糊精包合物-4分别在80~110℃下真空干燥48~72h;
步骤(2).将50g干燥后的聚甲醛与0.5g干燥后的环糊精包合物-4加入密炼机中,于180~200℃下熔融共混,10~30rpm/min转速下熔融混炼1~2min,然后将转子速度提升至45~75rpm/min,熔融混炼5~10min。
步骤(3).将共混物从密炼机中出料,降至常温并结晶,得到聚甲醛复合物材料POM-IC-EPE。
实施例2-4制备的聚甲醛复合物POM-IC-EPE中聚甲醛与环糊精包合物-4的质量比为50:0.5。
实施例2-5.
步骤(1).将聚甲醛、环糊精包合物-5分别在80~110℃下真空干燥48~72h;
步骤(2).将50g干燥后的聚甲醛与0.5g干燥后的环糊精包合物-5加入密炼机中,于180~200℃下熔融共混,10~30rpm/min转速下熔融混炼1~2min,然后将转子速度提升至45~75rpm/min,熔融混炼5~10min。
步骤(3).将共混物从密炼机中出料,降至常温并结晶,得到聚甲醛复合物材料POM-IC-EPE。
实施例2-5制备的聚甲醛复合物POM-IC-EPE中聚甲醛与环糊精包合物-5的质量比为50:0.5。
将对比例1~2、实施例2-1~2-5所制备的聚甲醛复合物进行热稳定性测试,其测试条件为:从30℃以10 ℃/min的升温速率升至600℃;氮气氛围。
表1对比例1~2、实施例2-1~2-5所制备的聚甲醛复合物氮气气氛下热稳定性测试结果
样品 | T5% (℃) | T50% (℃) | Tmax(℃) |
对比例1 | 310.19 | 338.60 | 326.89 |
对比例2 | 326.4 | 376.3 | 373.91 |
实施例2-1 | 337.4 | 391.0 | 397.58 |
实施例2-2 | 320.1 | 383.7 | 386.7 |
实施例2-3 | 333.2 | 389.3 | 397.52 |
实施例2-4 | 323.5 | 385.9 | 389.95 |
实施例2-5 | 340.0 | 384.8 | 388.49 |
如图1、2、3、4、5、6所示,详细数据见表1,纯聚甲醛(对比例1)初始降解温度(T5%)只有310℃,降解百分之五十时对应的温度(T50%)约340℃,最大热失重对应的温度(Tmax)在327℃,表明纯聚甲醛的热稳定性很差。添加环糊精之后,T5%、T50%和Tmax分别提高16.21℃、37.7℃和47.02℃,证明环糊精能提高聚甲醛的热稳定性,但从数值上来看,提高幅度不大。但添加由环糊精制备得到的环糊精包合物之后,T5%、T50%和Tmax较添加环糊精的聚甲醛复合物提高幅度更大,就实施例6来说,T5%、T50%和Tmax分别提高29.81℃、46.2℃和61.6℃,显见添加包合物的聚甲醛复合物热稳定性能提高更多。
将对比例1~2、实施例2-1~2-5所制备的聚甲醛复合物进行力学性能测试,其测试条件为:拉伸速率10 mm/min;常温。
表2对比例1~2、实施例2-1~2-5所制备的聚甲醛复合物基本力学性能
样品 | 屈服强度(MPa) | 断裂伸长率(﹪) |
对比例1 | 54.59 | 47.075 |
对比例2 | 55.22 | 21.17 |
实施例2-1 | 64.04 | 18.07 |
实施例2-2 | 60.20 | 18.67 |
实施例2-3 | 62.24 | 16.71 |
实施例2-4 | 64.04 | 18.23 |
实施例2-5 | 55.41 | 37.51 |
如表2所示,纯聚甲醛(对比例1)在加入环糊精之后,断裂伸长率有所下降,强度基本保持不变,从前文可知,热稳定性有一定程度的提高,但提高幅度不大。添加包含有PEG-PPG-PEG的环糊精包合物之后,虽然断裂伸长率也有所下降,但相应的材料的强度却得到了大幅提高。
实施例2-6.
步骤(1).将聚甲醛、环糊精包合物-6分别在80℃下真空干燥72h;
步骤(2).将50g干燥后的聚甲醛与0.25g干燥后的环糊精包合物-6加入密炼机中,于180℃下熔融共混, 30rpm/min转速下熔融混炼1min,然后将转子速度提升至75rpm/min,熔融混炼5min。
步骤(3).将共混物从密炼机中出料,降至常温并结晶,得到聚甲醛复合物材料POM-IC-PEP。
实施例2-7.
步骤(1).将聚甲醛、环糊精包合物-6分别在110℃下真空干燥48h;
步骤(2).将50g干燥后的聚甲醛与1g干燥后的环糊精包合物-6加入密炼机中,于200℃下熔融共混,10rpm/min转速下熔融混炼2min,然后将转子速度提升至45rpm/min,熔融混炼10min。
步骤(3).将共混物从密炼机中出料,降至常温并结晶,得到聚甲醛复合物材料POM-IC-PEP。
实施例2-8.
步骤(1).将聚甲醛、环糊精包合物-6分别在90℃下真空干燥60h;
步骤(2).将50g干燥后的聚甲醛与0.3g干燥后的环糊精包合物-6加入单螺杆挤出机中180℃进行熔融混炼,喂料时螺杆挤出机的螺杆速度为10rpm/min,挤出时将螺杆速度提升至45rpm/min;
步骤(3).将共混物从密炼机中出料,降至常温并结晶,得到聚甲醛复合物材料POM-IC-PEP。
实施例2-9.
步骤(1).将聚甲醛、环糊精包合物-6分别在100℃下真空干燥55h;
步骤(2).将50g干燥后的聚甲醛与0.4g干燥后的环糊精包合物-6加入单螺杆挤出机中200℃进行熔融混炼,喂料时螺杆挤出机的螺杆速度为20rpm/min,挤出时将螺杆速度提升至75rpm/min;
步骤(3).将共混物从密炼机中出料,降至常温并结晶,得到聚甲醛复合物材料POM-IC-PEP。
实施例2-10.
步骤(1).将聚甲醛、环糊精包合物-6分别在85℃下真空干燥65h;
步骤(2).将50g干燥后的聚甲醛与0.6g干燥后的环糊精包合物-6加入双螺杆挤出机中180℃进行熔融混炼,喂料时螺杆挤出机的螺杆速度为10rpm/min,挤出时将螺杆速度提升至45rpm/min;
步骤(3).将共混物从密炼机中出料,降至常温并结晶,得到聚甲醛复合物材料POM-IC-PEP。
实施例2-11.
步骤(1).将聚甲醛、环糊精包合物-6分别在95℃下真空干燥60h;
步骤(2).将50g干燥后的聚甲醛与0.8g干燥后的环糊精包合物-6加入双螺杆挤出机中200℃进行熔融混炼,喂料时螺杆挤出机的螺杆速度为20rpm/min,挤出时将螺杆速度提升至75rpm/min;
步骤(3).将共混物从密炼机中出料,降至常温并结晶,得到聚甲醛复合物材料POM-IC-PEP。
将实施例2-6~2-11所制备的聚甲醛复合物进行力学性能测试,其测试条件为:拉伸速率10 mm/min;常温。
表3实施例2-6~2-11所制备的聚甲醛复合物基本力学性能
样品 | 屈服强度(MPa) | 断裂伸长率(﹪) |
实施例2-6 | 52.60 | 15.78 |
实施例2-7 | 53.38 | 17.05 |
实施例2-8 | 55.27 | 17.80 |
实施例2-9 | 55.84 | 18.03 |
实施例2-10 | 59.05 | 22.36 |
实施例2-11 | 58.90 | 23.47 |
如表3所示,添加包含有PPG-PEG-PPG的环糊精包合物之后,虽然断裂伸长率也有所下降,但相应的材料的强度却得到了大幅提高。
上述实施例并非是对于本发明的限制,本发明并非仅限于上述实施例,只要符合本发明要求,均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1. 一种高稳定性高分子复合物,为共混物,其特征在于该共混物包括聚甲醛、环糊精包合物,其中聚甲醛与环糊精包合物的质量比为100:0.5~2;
所述的环糊精包合物为环糊精与三嵌段共聚物复合而成,环糊精嵌套在三嵌段共聚物中PPG链段上,其中三嵌段共聚物为聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇PEG-PPG-PEG或聚丙二醇-聚乙二醇-聚丙二醇PPG-PEG-PPG。
2.如权利要求1所述的一种高稳定性高分子复合物,其特征在于聚甲醛与环糊精包合物的质量比为100:1。
3.如权利要求1所述的一种高稳定性高分子复合物,其特征在于所述的环糊精包合物的制备方法如下:将三嵌段共聚物于40~60℃下加入环糊精水溶液中,并冷却至常温,经超声处理后静置过夜,产生白色沉淀,分离后即可获得嵌段聚合物的包合物;其中环糊精与三嵌段共聚物的加入量要求按照一个环糊精分子包覆三嵌段共聚物中两个PG单元。
4.如权利要求3所述的一种高稳定性高分子复合物,其特征在于所述的环糊精为β环糊精。
5.制备如权利要求1所述的一种高稳定性高分子复合物的方法,其特征在于该方法包括以下步骤:
步骤(1).将聚甲醛及环糊精包合物分别在80~110℃下真空干燥48~72h;
所述的环糊精包合物为环糊精与三嵌段共聚物复合而成,环糊精嵌套在三嵌段共聚物中PPG链段上,其中三嵌段共聚物为聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇PEG-PPG-PEG或聚丙二醇-聚乙二醇-聚丙二醇PPG-PEG-PPG;
步骤(2).将干燥后的聚甲醛及环糊精包合物按质量比为100:0.5~2,加入到熔融混炼设备中,于180~200℃下进行熔融混炼,得到混合物;
所述的熔融混炼设备为密炼机、单螺杆挤出机或双螺杆挤出机;
如将干燥后的聚甲醛及环糊精包合物加入密炼机进行熔融混炼,预混时密炼机的转子速度为10~30rpm/min,熔融混炼1~2min,然后将转子速度提升至45~75rpm/min,熔融混炼5~10min;
如将干燥后的聚甲醛及环糊精包合物加入单螺杆挤出机或双螺杆挤出机进行熔融混炼,喂料时螺杆挤出机的螺杆速度为10~20rpm/min,挤出时将螺杆速度提升至45~75rpm/min;
步骤(3).将混合物从熔融混炼设备中出料,降至常温并结晶,得到高热稳定性的聚甲醛复合物。
6.如权利要求5所述的一种高稳定性高分子复合物的制备方法,其特征在于步骤(2)中干燥后的聚甲醛及环糊精包合物按质量比为100:1加入到熔融混炼设备进行熔融混炼。
7.如权利要求5所述的一种高稳定性高分子复合物的制备方法,其特征在于所述的环糊精包合物的制备方法如下:将三嵌段共聚物于40~60℃下加入环糊精水溶液中,并冷却至常温,经超声处理后静置过夜,产生白色沉淀,分离后即可获得嵌段聚合物的包合物;其中环糊精与三嵌段共聚物的加入量要求按照一个环糊精分子包覆三嵌段共聚物中两个PG单元。
8.如权利要求5所述的一种高稳定性高分子复合物的制备方法,其特征在于所述的环糊精为β环糊精。
9.如权利要求1所述的一种高稳定性高分子复合物或如权利要求5所述的一种高稳定性高分子复合物的制备方法,其特征在于所述的环糊精包合物为β环糊精与PPG-PEG-PPG三嵌段共聚物共混复合而得的包合物。
10.如权利要求1所述的一种高稳定性高分子复合物或如权利要求5所述的一种高稳定性高分子复合物的制备方法,其特征在于所述的环糊精包合物为β环糊精与客体分子量≥2800的三嵌段共聚物共混复合而得的包合物。
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CN101223182A (zh) * | 2005-06-13 | 2008-07-16 | 嘉吉公司 | 环糊精包合复合物及其制备方法 |
CN101564400A (zh) * | 2009-05-31 | 2009-10-28 | 中山大学 | 一种抗菌性超分子水凝胶及其制备方法和应用 |
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2015
- 2015-03-10 CN CN201510104131.9A patent/CN104693673B/zh active Active
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CN104945687A (zh) * | 2015-07-14 | 2015-09-30 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种环糊精包合物及其制备方法 |
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