CN107936497A - 一种聚对苯二甲酸乙二酯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚对苯二甲酸乙二酯复合材料及其制备方法，包括以下重量份原材料制备得到：50‑60份的聚对苯二甲酸乙二酯、15‑20份的纳米膨润土、3‑5份的改性剂、15‑25份的聚醚多元醇、3‑5份的偶联剂、0.3‑0.6份的交联剂、15‑20份的聚氨酯；本发明将经过针对性改性处理的纳米膨润土与聚对苯二甲酸乙二酯进行复合，并使纳米膨润土均匀分散在聚对苯二甲酸乙二酯体系中，得到的复合材料抗蠕变性能优异，有利于聚对苯二甲酸乙二酯在更多领域中的应用。

Description

一种聚对苯二甲酸乙二酯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及改性材料领域，具体涉及一种聚对苯二甲酸乙二酯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚对苯二甲酸乙二酯是由对苯二甲酸二甲酯与乙二醇酯交换或以对苯二甲酸与乙二醇酯化先合成对苯二甲酸双羟乙酯，然后再进行缩聚反应制得，属结晶型饱和聚酯，为乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物。具有优良的机械性能，刚性高、硬度大，吸水性小，尺寸稳定性好，韧性好，耐冲击、耐摩擦、耐蠕变，耐化学性好。在汽车、航空、电子、机械等行业中得到广泛应用。
随着人们对材料抗蠕变性能要求的不断提高，未经抗蠕变改性的聚对苯二甲酸乙二酯已难以满足需求，因而，对聚对苯二甲酸乙二酯进行抗蠕变改性成为必要。现今对聚对苯二甲酸乙二酯的抗蠕变改性处理方法种类繁多，改性效果也很好，尤其是随着纳米材料的出现和应用，聚对苯二甲酸乙二酯的抗蠕变性增加效果显著，使聚对苯二甲酸乙二酯能在更多领域大量使用，但也存在不足。纳米材料虽然具有抗蠕变增强效果好，添加量小的优点，但也存在分散困难，成本高等缺陷。在进行抗蠕变改性过程中，纳米材料分散不均会影响其抗蠕变效果，得到的复合材料抗蠕变性偏低，对复合材料的生产和应用造成不利影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有聚对苯二甲酸乙二酯复合材料抗蠕变性较差的缺陷，提供一种聚对苯二甲酸乙二酯复合材料及其制备方法；本发明将经过针对性改性处理的纳米膨润土与聚对苯二甲酸乙二酯进行复合，并使纳米膨润土均匀分散在聚对苯二甲酸乙二酯体系中，得到的复合材料抗蠕变性能优异，有利于聚对苯二甲酸乙二酯在更多领域中的应用。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种聚对苯二甲酸乙二酯复合材料，包括以下重量份原材料制备得到：50-60份的聚对苯二甲酸乙二酯、15-20份的纳米膨润土、3-5份的改性剂、15-25份的聚醚多元醇、3-5份的偶联剂、0.3-0.6份的交联剂、15-20份的聚氨酯。
上述一种聚对苯二甲酸乙二酯复合材料，根据纳米膨润土和交联能增加树脂材料抗蠕变性的基本原理，不仅通过针对性的筛选改性剂、偶联剂和交联剂的种类，来提高纳米膨润土与聚对苯二甲酸乙二酯之间的相容性，并使纳米膨润土在聚对苯二甲酸乙二酯中分散更均匀，使纳米膨润土对聚对苯二甲酸乙二酯的抗蠕变性增强作用更好，还通过控制聚对苯二甲酸乙二酯的聚合度来使改性后的复合材料在抗蠕变性与加工性之间达到最佳平衡关系，从而使得到的复合材料在具有优异的抗蠕变性的条件下，也具有优异的加工性，使其可以在更多领域中得到应用。
上述一种聚对苯二甲酸乙二酯复合材料，其中，所述的纳米膨润土粒径为10-80nm；纳米膨润土粒径越小，分散性越差，纳米膨润土粒径越大，对聚对苯二甲酸乙二酯的抗蠕变增强作用越差；优选的，所述的纳米膨润土粒径为30-50nm；最优选的，所述的纳米膨润土粒径为40nm。
上述一种聚对苯二甲酸乙二酯复合材料，其中，所述的改性剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯与硬脂酸铝组成的混合物；所述的改性剂既能改善纳米膨润土与聚对苯二甲酸乙二酯的相容性，又能在纳米膨润土表面形成极性基团，利于分散；优选的，所述的改性剂中二甲基丙烯酸乙二醇酯与硬脂酸铝的物质的量之比为1︰1。
上述一种聚对苯二甲酸乙二酯复合材料，其中，聚醚多元醇的聚合度越大，则交联后复合材料的抗蠕变性越差，加工性越好，聚醚多元醇的聚合物越小，则交联后复合材料的抗蠕变性越好，加工性越差，因此，选择合理的聚醚多元醇聚合度，是平衡抗蠕变性和加工性的重要手段。所述的聚醚多元醇的聚合度为120-200；优选的，所述的聚醚多元醇的聚合度为140-180；最优的，所述的聚醚多元醇的聚合度为160；通过优选，得到的复合材料既具有优异的抗蠕变性，也具有较好的加工性，适合在更多领域中的应用。
其中，所述的聚对苯二甲酸乙二酯聚合度为600-1000；优选的，所述聚对苯二甲酸乙二酯的聚合度为700-900；最优选的，所述的聚对苯二甲酸乙二酯的聚合度为800；通过优选，得到的复合材料既具有优异的抗蠕变性，也具有较好的加工性。
上述一种聚对苯二甲酸乙二酯复合材料，其中，所述的偶联剂为铝酸三异丙酯偶联剂；铝酸三异丙酯能增加纳米膨润土与聚对苯二甲酸乙二酯以及改性剂之间的相容性，提高复合材料的性能。
其中，所述的交联剂为聚乙二醇，该交联剂能将两种不同聚合度的聚合物原材料适当交联，提高复合材料的抗蠕变性。
上述一种聚对苯二甲酸乙二酯复合材料，其中，其原材料还包括分散剂、增塑剂、抗静电剂、染色剂、増亮剂中的一种或多种助剂；上述的助剂能提高复合材料的加工性，增加其功能性等作用，从而增加其适用性。
为了实现上述发明目的，进一步的，本发明还提供了一种聚对苯二甲酸乙二酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将纳米膨润土用偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联剂处理的纳米膨润土用改性剂进行包覆处理；
（3）将包覆后的纳米膨润土与聚对苯二甲酸乙二酯混合均匀后在电场中进行复合处理，得到混合料；
（4）将混合料与聚醚多元醇、交联剂、聚氨酯混合均匀后在进行复合处理，得到聚对苯二甲酸乙二酯抗蠕变复合材料。
一种聚对苯二甲酸乙二酯复合材料的制备方法，先用偶联剂对纳米膨润土进行偶联处理，增加纳米膨润土与改性剂、聚对苯二甲酸乙二酯的相容性；再用改性剂对纳米膨润土进行改性处理，并在其表面形成极性基团；最后利用外电场使纳米膨润土表面和聚对苯二甲酸乙二酯链中的极性基团极化，带电，通过电荷间的相斥或相吸的原理，使纳米膨润土均匀分散的同时，也能与聚对苯二甲酸乙二酯链上的极性基团键接，从而使纳米膨润土的抗蠕变增强效果得到最大程度的体现，使得到的改性聚对苯二甲酸乙二酯抗蠕变性显著提高；该制备方法简单可靠，适合用于聚对苯二甲酸乙二酯抗蠕变复合材料的大规模、工业化生产。
上述一种聚对苯二甲酸乙二酯复合材料的制备方法，其中，优选的，步骤1进行偶联处理过程中可采用超声波辅助；通过超声波的高速震荡，使纳米膨润土分散性更好，且对偶联处理具有促进作用。
上述一种聚对苯二甲酸乙二酯复合材料的制备方法，其中，步骤3中所述的电场能对基团产生极化作用，使基团带电，从而能促进纳米膨润土的分散和键接作用，提高改性聚对苯二甲酸乙二酯的抗蠕变性。
优选的，所述的电场强度为1.5-2.5kv/m；电场强度过小，极化效果弱，对纳米膨润土的分散效果差；电场强度过大，极化效果太强，分子间作用力太大，分子链产生定向移动，对分子链的排列和键接产生影响，可能降低复合材料的性能；最优选的，所述的电场强度为1.8-2.0kv/m。
其中，优选的，所述的电场为电场方向不变的平行电场；电场方向不变的平行电场对极性基团的极化效果最好，基团间作用力稳定，对纳米膨润土的分散和键接的促进作用效果最佳。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明复合材料针对性的筛选改性剂、偶联剂和交联剂的种类，使纳米膨润土与聚对苯二甲酸乙二酯之间的相容性更好，在聚对苯二甲酸乙二酯中的分散性更好，纳米膨润土对聚对苯二甲酸乙二酯的抗蠕变性增强作用更好。
2、本发明复合材料通过控制聚对苯二甲酸乙二酯和聚醚多元醇的聚合度来使改性后的复合材料在抗蠕变性与加工性之间达到最佳平衡关系，使得到的复合材料在具有优异的抗蠕变性的条件下，也具有优异的加工性。
3、本发明复合材料的制备方法，利用外电场的极化作用，能促进纳米膨润土在聚对苯二甲酸乙二酯体系中的分散和键接，纳米膨润土的抗蠕变增强效果更好，得到的复合材料的抗蠕变性更高。
4、本发明复合材料的制备方法简单、可靠，适合聚对苯二甲酸乙二酯抗蠕变复合材料的大规模、工业化生产。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
（1）将18份的纳米膨润土用4份的铝酸三异丙酯进行处理；
（2）将经过偶联剂处理的纳米膨润土用2份的二甲基丙烯酸乙二醇酯与2份的硬脂酸铝进行包覆处理；
（3）将包覆后的纳米膨润土与55份的聚合度为800的聚对苯二甲酸乙二酯混合均匀后在电场强度为2.0kv/m的电场方向不变的平行电场中进行挤出，得到混合料；
（4）将步骤3得到的混合料与20份的聚合度为160的聚醚多元醇、0.5份聚乙二醇、18份的聚氨酯混合均匀后进行挤出，得到聚对苯二甲酸乙二酯抗蠕变复合材料。
实施例2
（1）将15份的纳米膨润土用3份的铝酸三异丙酯进行处理；
（2）将经过偶联剂处理的纳米膨润土用1.5份的二甲基丙烯酸乙二醇酯与1.5份的硬脂酸铝进行包覆处理；
（3）将包覆后的纳米膨润土与50份的聚合度为600的聚对苯二甲酸乙二酯混合均匀后在在电场强度为1.5kv/m的电场中进行挤出，得到混合料；
（4）将步骤3得到的混合料与15份的聚合度为120的聚醚多元醇、0.3份聚乙二醇、20份的聚氨酯混合均匀后进行挤出，得到聚对苯二甲酸乙二酯抗蠕变复合材料。
实施例3
（1）将20份的纳米膨润土用5份的铝酸三异丙酯进行处理；
（2）将经过偶联剂处理的纳米膨润土用2.5份的二甲基丙烯酸乙二醇酯与2.5份的硬脂酸铝进行包覆处理；
（3）将包覆后的纳米膨润土与60份的聚合度为1000的聚对苯二甲酸乙二酯混合均匀后在在电场强度为2.5kv/m的电场方向不变的平行电场中进行挤出，得到混合料；
（4）将步骤3得到的混合料与25份的聚合度为200的聚醚多元醇、0.6份聚乙二醇、15份的聚氨酯混合均匀后进行挤出，得到聚对苯二甲酸乙二酯抗蠕变复合材料。
对比例1
（1）将18份的纳米膨润土用4份的铝酸三异丙酯进行处理；
（2）将经过偶联剂处理的纳米膨润土与5份的分散剂、55份的聚合度为900的聚对苯二甲酸乙二酯混合均匀后在电场强度为2.0kv/m的电场方向不变的平行电场中进行挤出，得到混合料；
（3）将步骤2得到的混合料与20份的聚合度为160的聚醚多元醇、0.5份聚乙二醇、18份的聚氨酯混合均匀后进行挤出，得到复合材料。
对比例2
（1）将18份的纳米膨润土用4份的铝酸三异丙酯进行处理；
（2）将经过偶联剂处理的纳米膨润土用2份的二甲基丙烯酸乙二醇酯与2份的硬脂酸铝进行包覆处理；
（3）将包覆后的纳米膨润土与55份的聚合度为900的聚对苯二甲酸乙二酯、20份的聚合度为160的聚醚多元醇、0.5份聚乙二醇、18份的聚氨酯混合均匀后进行挤出，得到复合材料。
对比例3
（1）将18份的纳米膨润土用4份的铝酸三异丙酯进行处理；
（2）将经过偶联剂处理的纳米膨润土用2份的聚醚多元醇与2份的硬脂酸铝进行包覆处理；
（3）将包覆后的纳米膨润土与55份的聚合度为900的聚对苯二甲酸乙二酯混合均匀后在电场强度为2.0kv/m的电场方向不变的平行电场中进行挤出，得到混合料；
（4）将步骤3得到的混合料与20份的聚合度为160的聚醚多元醇、0.5份聚乙二醇、18份的聚氨酯混合均匀后进行挤出，得到复合材料。
对比例4
（1）将18份的纳米膨润土用4份的铝酸三异丙酯进行处理；
（2）将经过偶联剂处理的纳米膨润土用2份的二甲基丙烯酸乙二醇酯与2份的硬脂酸铝进行包覆处理；
（3）将包覆后的纳米膨润土与20份的聚合度为160的聚醚多元醇、0.5份聚乙二醇、18份的聚氨酯、55份的聚合度为900的聚对苯二甲酸乙二酯混合均匀后在电场强度为2.0kv/m的电场方向不变的平行电场中进行挤出，得到复合材料。
对比例5
（1）将18份的纳米膨润土用4份的铝酸三异丙酯进行处理；
（2）将经过偶联剂处理的纳米膨润土用2份的二甲基丙烯酸乙二醇酯与2份的硬脂酸铝进行包覆处理；
（3）将包覆后的纳米膨润土与55份的聚合度为500的聚对苯二甲酸乙二酯混合均匀后在电场强度为2.0kv/m的电场方向不变的平行电场中进行挤出，得到混合料；
（4）将步骤3得到的混合料与20份的聚合度为100的聚醚多元醇、18份的聚氨酯、0.5份聚乙二醇混合均匀后进行挤出，得到复合材料。
将上述实施例1-3和对比例1-5中的复合材料，进行性能检测，记录数据如下：
性能 抗蠕变性 加工性
实施例1 ++++++ ++++
实施例2 ++++++ ++++
实施例3 ++++++ ++++
对比例1 ++++ ++++
对比例2 ++++ ++++
对比例3 +++++ ++++
对比例4 +++++ ++++
对比例5 +++++ ++
注：“+”越多，说明性能越好。
对上述实验数据分析可知，实施例1-3中制备得到的本发明聚对苯二甲酸乙二酯抗蠕变复合材料，纳米膨润土分散均匀，与聚对苯二甲酸乙二酯的相容性好，复合材料抗蠕变性好，加工性好；而对比例1中，未使用改性剂对纳米膨润土进行改性处理，尽管加入了分散剂，但纳米膨润土分散效果差，与聚对苯二甲酸乙二酯的相容性差，复合材料的抗蠕变性显著降低；对比例2中未在电场中进行复合处理，纳米膨润土分散效果差，复合材料的抗蠕变性显著降低；对比例3中改性剂不是本申请所规定的，纳米膨润土分散效果差，复合材料的抗蠕变性显著降低；对比例4中交联反应同样在电场中进行，电场对交联反应产生不利影响，使得到的复合材料的抗蠕变性降低；对比例5中使用的聚对苯二甲酸乙二酯和聚醚多元醇聚合度过小，复合后虽然抗蠕变性有所增加，但其加工性显著降低，不利于复合材料的应用。

Claims (10)

1.一种聚对苯二甲酸乙二酯复合材料，其特征在于，包括以下重量份原材料制备得到：50-60份的聚对苯二甲酸乙二酯、15-20份的纳米膨润土、3-5份的改性剂、15-25份的聚醚多元醇、3-5份的偶联剂、0.3-0.6份的交联剂、15-20份的聚氨酯；所述改性剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯与硬脂酸铝组成的混合物；所述偶联剂为铝酸三异丙酯偶联剂，所述交联剂为聚乙二醇；所述聚醚多元醇的聚合度为120-200；所述聚对苯二甲酸乙二酯聚合度为600-1000。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述改性剂中二甲基丙烯酸乙二醇酯与硬脂酸铝的物质的量之比为1︰1。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述聚醚多元醇的聚合度为140-180。
4.根据权利要求3所述的复合材料，其特征在于，所述聚醚多元醇的聚合度为160。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述聚对苯二甲酸乙二酯聚合度为700-900。
6.根据权利要求5所述的复合材料，其特征在于，所述聚对苯二甲酸乙二酯聚合度为800。
7.一种如权利要求1-6任一项所述复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将纳米膨润土用偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联剂处理的纳米膨润土用改性剂进行包覆处理；
（3）将包覆后的纳米膨润土与聚对苯二甲酸乙二酯混合均匀后在电场中进行复合处理，得到混合料；
（4）将混合料与聚醚多元醇、交联剂、聚氨酯、混合均匀后在进行复合处理，得到聚对苯二甲酸乙二酯抗蠕变复合材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中电场强度为1.5-2.5kv/m。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中电场强度为1.8-2.0kv/m。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中电场为电场方向不变的平行电场。
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