CN105713358A - 一种纳米二氧化硅改性pbt复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米二氧化硅改性PBT复合材料的制备方法，先将纳米二氧化硅在对甲苯磺酸的作用下二羟甲基丙酸发生反应得到改性纳米二氧化硅，再将改性纳米二氧化硅和PBT加到挤出机中熔融共混制成纳米二氧化硅改性PBT复合材料。本发明制备的纳米二氧化硅改性PBT复合材料具有良好的力学性能，可用于加工制成刚硬性等力学性能良好的塑料风扇叶片、电子产品的零部件等制品品，可拓展PBT的应用范围。

Description

一种纳米二氧化硅改性PBT复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高分子复合材料的制备技术，特别涉及一种PBT复合材料的制备方法。
背景技术
PBT（Poly-butyleneTerephthalate，即：聚对苯二甲酸丁二醇酯）是由对苯二甲酸和丁二醇聚缩合而成的一种聚酯聚合物，是一种在工业上具有重要用途的热塑性工程塑料，可用于制作电子产品的塑料外壳、汽车零部件等。PBT具有吸水率低、电绝缘性好、耐老化性好等一系列优点,但也存在着成型收缩率偏大的缺点，限制了其应用领域的拓展。为了克服这种缺点，可将二氧化硅粉体、玻璃纤维等无机刚性填料添加到PBT中制成PBT复合材料。但无机的二氧化硅与有机的PBT共混复合改性时，存在复合材料内部的界面结合性不高的问题，从而影响PBT/二氧化硅复合材料的力学性能。
纳米二氧化硅是粒径在纳米尺度的粉体，与普通二氧化硅粉体相比，纳米二氧化硅粒径很小、比表面积更大、其表面具有更多的硅羟基。众所周知，当颗粒的直径减小到纳米尺度范围时,随着粒径减小,比表面积和表面原子数迅速增加，这称之为纳米粒子的表面效应。随着颗粒尺寸变小的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的光学、热学、力学、磁学等宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。基于纳米粒子的表面效应和小尺寸效应，与普通二氧化硅粉体相比，纳米二氧化硅表面的硅羟基有更易于与其他物质发生一定的反应作用。将纳米二氧化硅在催化剂和超声波作用下与带多个羟基的有机酸发生反应，以对纳米二氧化硅进行改性处理，再将改性后的纳米二氧化硅、PBT在挤出机中熔融共混，以增强无机的纳米二氧化硅与有机的PBT的界面结合从而改善PBT的性能，这样的研究目前尚未见诸报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种在PBT中添加改性纳米二氧化硅的复合材料的制备方法，利用该方法制备出的PBT复合材料具有良好的力学性能。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种纳米二氧化硅改性PBT复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，按质量比，纳米二氧化硅∶二羟甲基丙酸∶对甲苯磺酸∶二甲基乙酰胺=100∶（30～60）∶（2～4）∶（200～300），将述组分称量后加入到容器中在超声波作用下室温搅拌0.5～1小时，再在氮气保护下于120～140℃在超声波作用下搅拌反应6～8小时，得到的产物在去离子水中沉淀，将得到的沉淀用无水乙醇洗涤后干燥，得到改性纳米二氧化硅；
第二步，按质量比，PBT∶改性纳米二氧化硅=100∶（0.1～5），将上述组分称量后加入双螺杆挤出机中在250～280℃的加工温度下熔融共混挤出，得到纳米二氧化硅改性PBT复合材料。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明制备改性纳米二氧化硅时，利用纳米二氧化硅比表面积大、表面上有较多硅羟基的特点，将纳米二氧化硅在对甲苯磺酸（催化剂）和超声波的作用下与二羟甲基丙酸（一种带有多个羟基的有机酸）发生反应，使纳米二氧化硅表面上具有的较多硅羟基与二羟甲基丙酸上的羧基发生反应，二羟甲基丙酸上的两个羟基又可以继续与其它二羟甲基丙酸分子上的羧基继续发生超支化聚合反应形成聚酯分子链，以对纳米二氧化硅表面进行超支化形式的有机化改性处理，再将改性后的纳米二氧化硅、PBT在挤出机中熔融共混，利用在纳米二氧化硅表面接枝-超支化形式的聚酯分子链与PBT这种聚酯的较好相容性，以增强无机的纳米二氧化硅与有机的PBT的界面结合，从而使制得的添加改性纳米二氧化硅的PBT复合材料具有良好的力学性能。
本发明制得的添加改性纳米二氧化硅的PBT复合材料，可用于加工制成刚硬性等力学性能良好的塑料风扇叶片、电子产品的零部件等制品，可拓展PBT的应用范围。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
一种纳米二氧化硅改性PBT复合材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，按质量比，纳米二氧化硅∶二羟甲基丙酸∶对甲苯磺酸∶二甲基乙酰胺=100∶50∶3∶300，将述组分称量后加入到容器中在超声波作用下室温搅拌0.5小时，再在氮气保护下于130℃在超声波作用下搅拌反应7小时，得到的产物在去离子水中沉淀，将得到的沉淀用无水乙醇洗涤后干燥，得到改性纳米二氧化硅；
第二步，按质量比，PBT∶改性纳米二氧化硅=100∶1，将上述组分称量后加入双螺杆挤出机中，在从进料口到出料口的温度依次设置为250℃-260℃-270℃-280℃的条件下熔融共混挤出，得到纳米二氧化硅改性PBT复合材料。
实施例2
一种纳米二氧化硅改性PBT复合材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，按质量比，纳米二氧化硅∶二羟甲基丙酸∶对甲苯磺酸∶二甲基乙酰胺=100∶60∶4∶300，将述组分称量后加入到容器中超声波作用下室温搅拌0.5小时，再在氮气保护下于120℃超声波作用下搅拌反应8小时，得到的产物在去离子水中沉淀，将得到的沉淀用无水乙醇洗涤后干燥，得到改性纳米二氧化硅；
第二步，按质量比，PBT∶改性纳米二氧化硅=100∶0.1，将上述组分称量后加入双螺杆挤出机中，在从进料口到出料口的温度依次设置为250℃-260℃-270℃-280℃的条件下熔融共混挤出，得到纳米二氧化硅改性PBT复合材料。
实施例3
一种纳米二氧化硅改性PBT复合材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，按质量比，纳米二氧化硅∶二羟甲基丙酸∶对甲苯磺酸∶二甲基乙酰胺=100∶30∶2∶250，将述组分称量后加入到容器中超声波作用下室温搅拌1小时，再在氮气保护下于140℃超声波作用下搅拌反应6小时，得到的产物在去离子水中沉淀，将得到的沉淀用无水乙醇洗涤后干燥，得到改性纳米二氧化硅；
第二步，按质量比，PBT∶改性纳米二氧化硅=100∶2，将上述组分称量后加入双螺杆挤出机中，在从进料口到出料口的温度依次设置为250℃-260℃-275℃-280℃的条件下熔融共混挤出，得到纳米二氧化硅改性PBT复合材料。
实施例4
一种纳米二氧化硅改性PBT复合材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，按质量比，纳米二氧化硅∶二羟甲基丙酸∶对甲苯磺酸∶二甲基乙酰胺=100∶45∶3∶200，将述组分称量后加入到容器中超声波作用下室温搅拌0.5小时，再在氮气保护下于135℃超声波作用下搅拌反应7小时，得到的产物在去离子水中沉淀，将得到的沉淀用无水乙醇洗涤后干燥，得到改性纳米二氧化硅；
第二步，按质量比，PBT∶改性纳米二氧化硅=100∶5，将上述组分称量后加入双螺杆挤出机中，在从进料口到出料口的温度依次设置为250℃-265℃-275℃-280℃的条件下熔融共混挤出，得到纳米二氧化硅改性PBT复合材料。
对比例1
按质量比，PBT∶未改性的纳米二氧化硅=100∶1，将上述组分称量混合，得到混合料，将混合料加入双螺杆挤出机中，在从进料口到出料口的温度依次设置为250℃-260℃-270℃-280℃的条件下熔融共混挤出，得到未改性处理的PBT/纳米二氧化硅复合材料。
性能评价方式及实行标准：将实施例1～4及对比例1的材料制成试样，分别按ASTMD790标准测试弯曲强度、按ASTMD638标准测试拉伸强度、按ASTMD256标准测试冲击强度。上述测试的结果见表1。
从表1的力学性能数据可以看到，在PBT、纳米二氧化硅的配比相同的情况下，与未改性处理的PBT/纳米二氧化硅复合材料（对比例1）相比，将改性后的纳米二氧化硅添加到PBT中制成的复合材料（实施例1）的弯曲强度、冲击强度、拉伸强度均更好；实施例2～4均具有良好的力学性能。这说明：对纳米二氧化硅进行这种改性处理后有利于提高PBT/纳米二氧化硅复合材料的力学性能，使制得的添加改性纳米二氧化硅的PBT复合材料的力学性能良好。
表1实施例1～4及对比例1的性能测试结果
弯曲强度(Mpa) 冲击强度(kJ/m^2) 拉伸强度(Mpa)
实施例1 48.6 6.5 54.2
实施例2 48.1 6.0 52.0
实施例3 49.4 6.2 53.2
实施例4 50.5 6.1 52.3
对比例1 48.4 5.7 51.8

Claims (1)

1.一种纳米二氧化硅改性PBT复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，按质量比，纳米二氧化硅∶二羟甲基丙酸∶对甲苯磺酸∶二甲基乙酰胺=100∶（30～60）∶（2～4）∶（200～300），将述组分称量后加入到容器中超声波作用下室温搅拌0.5～1小时，再在氮气保护下于120～140℃超声波作用下搅拌反应6～8小时，得到的产物在去离子水中沉淀，将得到的沉淀用无水乙醇洗涤后干燥，得到改性纳米二氧化硅；
第二步，按质量比，PBT∶改性纳米二氧化硅=100∶（0.1～5），将上述组分称量后加入双螺杆挤出机中在250～280℃的加工温度下熔融共混挤出，得到纳米二氧化硅改性PBT复合材料。
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