CN104987686A - 一种阻燃聚碳酸环己烯酯纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻燃聚碳酸环己烯酯纳米复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。通过有机蒙脱土和有机层状双氢氧化物复配，与氯化石蜡协同阻燃聚碳酸环己烯酯。它包括以下按重量份计的原料组成：聚碳酸环己烯酯100份；氯化石蜡5～20份；有机蒙脱土1～6份；有机层状双氢氧化物1～6份；抗氧剂0.8～1.4份。本发明的纳米复合材料具有良好的物理化学性能、热稳定性、阻燃性能和力学性能。

Description

一种阻燃聚碳酸环己烯酯纳米复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚碳酸环己烯酯纳米复合材料技术领域，具体地说，是一种阻燃聚碳酸环己烯酯纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
随着现代工业的快速发展, 人类每年向大气中排放大量的二氧化碳气体, 致使大气中的二氧化碳含量逐年增加, 有资料显示, 全球大气二氧化碳浓度已从工业革命前的280ppmv升高到现在的370ppmv,且仍然以0.5%/年的速度递增。预计到2050年前后, 将达到450～550ppmv之间。大量的二氧化碳气体导致了严重的温室效应，控制和降低二氧化碳排放已经成为世界各国的共识。二氧化碳又是自然界中重要的碳资源, 二氧化碳的开发和综合利用一直是C1化学的重要研究方向。目前, 世界二氧化碳主要应用于碳酸饮料、灭火剂、制冷剂和超临界萃取溶剂等领域, 需求量小、市场潜力不大、应用范围有限, 无法进行大规模的工业化应用。随着全球碳资源尤其是石油资源的日益紧张和对由二氧化碳引发的温室效应的高度关注, 世界各国都加大了对二氧化碳在化工领域的研究和综合利用开发的力度。在二氧化碳的共聚反应中，由氧化环己烯(CHO)与二氧化碳共聚生成的聚碳酸环己烯酯(PCHC)的玻璃化转变温度较高(120℃左右),在力学性能上与聚苯乙烯相当,可在较高温度下使用。
纳米科技是20世纪80年代末发展起来的前沿交叉性新兴领域。纳米复合材料是指由两种或两种以上的固相，其相尺寸至少在一维以纳米级大小复合而成的材料，它是纳米材料工程的重要组成部分。其中，聚合物/无机层状纳米复合材料将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、易加工性及介电性能揉合在一起，从而产生许多新的特异性能。层状双氢氧化物和蒙脱土均为具有层状结构的无机化合物。层状双氢氧化物和蒙脱土作为添加剂在高分子材料中有着重要的应用，可以作为热稳定剂、阻燃剂、生物/医用材料、紫外/红外吸收材料、电化学/电子学材料等。
目前，关于阻燃聚碳酸环己烯酯纳米复合材料的使用还未见报道。有鉴于此，实有必要提供一种具有良好的物理化学性能、热稳定性、阻燃性能和力学性能的聚碳酸环己烯酯纳米复合材料。
发明内容
本发明提供一种阻燃聚碳酸环己烯酯纳米复合材料及其制备方法,为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种阻燃聚碳酸环己烯酯纳米复合材料，包括以下按重量份计的原料组成：聚碳酸环己烯酯100份；氯化石蜡5～20份；有机蒙脱土1～6份；有机层状双氢氧化物1～6份；抗氧剂0.8～1.4份，其中，氯化石蜡-52购自安徽星鑫化工科技有限公司，有机蒙脱土I.34TCN 购于美国NANOCOR公司，抗氧剂245 购自CIBA 精化有限公司。
所述的有机层状双氢氧化物的合成具体步骤如下：在二价金属Zn2+离子和三价金属Al3+离子摩尔比为1～5，金属离子总浓度为0.1～5摩尔/升的混合水溶液中，加入三价金属离子总摩尔量0.5～1.5倍的阴离子改性剂对甲基苯基磷酸二钠，在10～90℃下，滴加重量浓度为5～50%的碱溶液至pH值为7～12，反应5～72h后将沉淀物过滤、水洗和干燥，得到有机层状双氢氧化物ZnAl(4-MPP)。
所述的聚碳酸环己烯酯的合成具体步骤如下：在容积为500ml的高压釜中于环境温度下按照如下顺序加入,0.01～0.1mol本发明戊二酸锌和10～100mol氧化环己烯，然后通入二氧化碳气体并保持2.0～6.0MPa恒压。将温度控制在25～100℃，搅拌下反应4～40小时后，缓慢放掉高压釜中未反应的二氧化碳，并回收未反应的氧化环己烯，然后加入氯仿使高聚物溶解，再加入乙醇沉淀出聚碳酸脂。过滤，用乙醇洗涤数次，真空干燥，得聚碳酸环己烯酯白色固体。
一种阻燃聚碳酸环己烯酯纳米复合材料的制作工艺，其特征在于包括以下步骤：
（1）按配方称取各原料，先将聚碳酸环己烯酯、有机蒙脱土I.34TCN,有机层状双氢氧化物ZnAl(4-MPP)投入高速混合机中，搅拌混合至均匀，混合均匀后烘干至80～90℃，使其水份充分蒸发，再投入氯化石蜡-52、抗氧剂245继续混合5～8min ；
（2）将上述均匀混合物送入平行双螺杆挤出机中进行熔融共混并造粒，挤出机机筒温度为140～180℃，模头温度为180～210℃ ；
（3）先在成型模具内涂上脱模剂，预热至50～60℃，然后用塑料注射机将粒料注射到成型模具内，机筒温度为210～230℃，机具温度为25～30℃，注射压力为10～12MPa，注射时间为3～5s。
所述的脱模剂为聚乙二醇。
所述的高速混合机的转速为1000～1200r/min。
本发明优点在于：
一种阻燃聚碳酸环己烯酯纳米复合材料，通过使用有机蒙脱土与有机层状双氢氧化物协同氯化石蜡，满足复合材料的阻燃要求，并通过纳米片层，提高复合材料的力学性能，而且，聚碳酸环己烯酯是工业废气二氧化碳重新利用得到的绿色高分子原料。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例
一种阻燃聚碳酸环己烯酯纳米复合材料，由下列重量份的原料制成：聚碳酸环己烯酯100 份，氯化石蜡15 份、有机蒙脱土5份、有机层状双氢氧化物5份、抗氧剂1 份。
其中，所述的有机层状双氢氧化物的合成具体步骤如下：在二价金属Zn2+离子和三价金属Al3+离子摩尔比为1:3，金属离子总浓度为0. 5摩尔/升的混合水溶液中，加入三价金属离子总摩尔量1倍的阴离子改性剂对甲基苯基磷酸二钠，在70℃下，滴加重量浓度为20%的碱溶液至pH值为10，反应12h后将沉淀物过滤、水洗和干燥，得到有机层状双氢氧化物ZnAl(4-MPP)。
所述的聚碳酸环己烯酯的合成具体步骤如下：在容积为500ml的高压釜中于环境温度下按照如下顺序加入，0.1mol本发明戊二酸锌和100mol氧化环己烯，然后通入二氧化碳气体并保持2.0MPa恒压。将温度控制在100℃，搅拌下反应8小时后，缓慢放掉高压釜中未反应的二氧化碳，并回收未反应的氧化环己烯，然后加入氯仿使高聚物溶解，再加入乙醇沉淀出聚碳酸脂。过滤，用乙醇洗涤数次，真空干燥，得聚碳酸环己烯酯白色固体。
一种阻燃聚碳酸环己烯酯纳米复合材料的制作工艺，包括以下步骤：
所述的阻燃聚碳酸环己烯酯纳米复合材料的制作工艺，其特征在于包括以下步骤：
（1）按配方称取各原料，先将聚碳酸环己烯酯、有机蒙脱土I.34TCN,有机层状双氢氧化物ZnAl(4-MPP)投入高速混合机中，搅拌混合至均匀，混合均匀后烘干至90℃，使其水份充分蒸发，再投入氯化石蜡-52, 抗氧剂245继续混合8min ；
（2）将上述均匀混合物送入平行双螺杆挤出机中进行熔融共混并造粒，挤出机机筒温度为180℃，模头温度为210℃ ；
（3）先在成型模具内涂上脱模剂，预热至50℃，然后用塑料注射机将粒料注射到成型模具内，机筒温度为210℃，机具温度为30℃，注射压力为12MPa，注射时间为5s。
所述的脱模剂为聚乙二醇。
所述的高速混合机的转速为1200r/min。
下表为所得阻燃聚碳酸环己烯酯纳米复合材料样品的性能
项目 指标
拉伸强度(MPa) 58
冲击强度(J/M) 479
弯曲强度(MPa) 72
阻燃性能(UL94) V-1

Claims (6)

1.一种阻燃聚碳酸环己烯酯纳米复合材料，其特征在于：包括以下按重量份计的原料组成：聚碳酸环己烯酯100份；氯化石蜡5～20份；有机蒙脱土1～6份；有机层状双氢氧化物1～6份；抗氧剂0.8～1.4份，其中，氯化石蜡-52购自安徽星鑫化工科技有限公司，有机蒙脱土I.34TCN 购于美国NANOCOR公司，抗氧剂245 购自CIBA 精化有限公司。
2.根据权利要求1所述的一种阻燃聚碳酸环己烯酯纳米复合材料，其特征在于：所述的有机层状双氢氧化物的合成具体步骤如下：在二价金属Zn2+离子和三价金属Al3+离子摩尔比为1～5，金属离子总浓度为0.1～5摩尔/升的混合水溶液中，加入三价金属离子总摩尔量0.5～1.5倍的阴离子改性剂对甲基苯基磷酸二钠，在10～90℃下，滴加重量浓度为5～50%的碱溶液至pH值为7～12，反应5～72h后将沉淀物过滤、水洗和干燥，得到有机层状双氢氧化物ZnAl(4-MPP)。
3.根据权利要求1所述的一种阻燃聚碳酸环己烯酯纳米复合材料，其特征在于：所述的聚碳酸环己烯酯的合成具体步骤如下：在容积为500ml的高压釜中于环境温度下按照如下顺序加入,0.01～0.1mol本发明戊二酸锌和10～100mol氧化环己烯，然后通入二氧化碳气体并保持2.0～6.0MPa恒压；将温度控制在25～100℃，搅拌下反应4～40小时后，缓慢放掉高压釜中未反应的二氧化碳，并回收未反应的氧化环己烯，然后加入氯仿使高聚物溶解，再加入乙醇沉淀出聚碳酸脂；过滤，用乙醇洗涤数次，真空干燥，得聚碳酸环己烯酯白色固体。
4.一种阻燃聚碳酸环己烯酯纳米复合材料的制作工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（1）按配方称取各原料，先将聚碳酸环己烯酯、有机蒙脱土I.34TCN,有机层状双氢氧化物ZnAl(4-MPP)投入高速混合机中，搅拌混合至均匀，混合均匀后烘干至80～90℃，使其水份充分蒸发，再投入氯化石蜡-52、抗氧剂245继续混合5～8min ；
（2）将上述均匀混合物送入平行双螺杆挤出机中进行熔融共混并造粒，挤出机机筒温度为140～180℃，模头温度为180～210℃ ；
（3）先在成型模具内涂上脱模剂，预热至50～60℃，然后用塑料注射机将粒料注射到成型模具内，机筒温度为210～230℃，机具温度为25～30℃，注射压力为10～12MPa，注射时间为3～5s。
5.根据权利要求4所述的一种阻燃聚碳酸环己烯酯纳米复合材料的制作工艺，其特征在于：所述的脱模剂为聚乙二醇。
6.根据权利要求4所述的一种阻燃聚碳酸环己烯酯纳米复合材料的制作工艺，其特征在于：所述的高速混合机的转速为1000～1200r/min。
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