CN108034201A - 一种纳米粒子复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种纳米粒子复合材料的制备方法，包括称取适量的各组分，然后将称取的各组分干燥；将干燥后的无机纳米粒子和SiC纳米粉末加入高速混匀箱中，于85℃～110℃下，4000～5000r/min的转速混匀，再加入偶联剂搅拌30～45分钟，得到均匀沾有偶联剂的无机纳米粒子；再依次加入干燥后的PTT、天然纤维、增容剂和抗氧剂，搅拌混合均匀后得到混合物料；最后将所述混合物料加入双螺杆挤出机中，在220～260℃下经熔融共混后挤出造粒。本发明通过使用PTT替代普通纳米材料中的塑料，并与无机纳米粒子及其他组分在特定的配比下结合，并通过特殊的工艺，得到的复合材料具有优异的力学性能、加工性能和耐热性能。

Description

一种纳米粒子复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料的制备方法，尤其涉及一种纳米粒子复合材料的制备方法，属于纳米材料技术领域。
背景技术
纳米材料是指材料的尺寸一般为1-100nm，是一种介于原子、分子与宏观物质之间，处于中间状态的固体材料。随着纳米技术的发展，采用纳米技术制备高分子材料的技术已经得到了广泛的应用。纳米粒子不仅可以使聚合物的强度、刚性、韧性等力学性能得到明显改善，而且可以提高塑料的密度、透光性、防水性、阻隔性、耐热性及抗老化性等功能特性。
但是目前的采用纳米技术制备的高分子材料，在抗冲击性，稳定性，方面需要进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米粒子复合材料的制备方法，该方法得到的复合材料抗冲击性强，，具有优异的力学性能、加工性能和耐热性能，并且易于回收利用。
除非特别指明，本文中的“PTT”是指“聚对苯二甲酸丙二醇酯”。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种纳米粒子复合材料，包括以下重量份数的各组分：PTT 50～60份，天然纤维20～30份，无机纳米粒子5～8份，SiC纳米粉末2～5份，偶联剂0.1～0.5份、增容剂4～8份、抗氧剂0.1～0.5份。
进一步地，所述纳米粒子复合材料包括以下重量份数的各组分PTT 55份，天然纤维29份，无机纳米粒子6份，SiC纳米粉末4份，偶联剂0.5份、增容剂5份、抗氧剂0.5份。该配比下得到的纳米粒子复合材料，具有更优异的力学性能，复合材料的强度和韧性更高，并且加工性能和耐热性能。
进一步地，所述无机纳米粒子选自蒙脱土粒子、碳酸钙粒子、高龄土粒子、滑石粉粒子、钛白粉粒子和炭黑中的至少一种。
进一步地，所述无机纳米粒子选自碳酸钙粒子、龄土粒子、滑石粉粒子和炭黑中的至少一种。该种类的无机纳米粒子的加入不但能够提高复合材料的强度和韧性，还可起到润滑剂的作用，使制得的复合材料的流畅性好。
进一步地，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝钛复合偶联剂中的至少一种。
进一步地，所述天然纤维为木粉和/或竹粉。
进一步地，所述抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂。
进一步地，所述增溶剂由质量比为1：1的甲基丙烯酸酯‐丙烯酸酯共聚物和甲基丙烯酸甲酯‐丁二烯‐苯乙烯三元接枝共聚物组成。由该增溶剂制成的复合材料，各成分相容性更好，制得的复合材料韧性更强。
另一方面，本发明还提供一种上述的纳米粒子复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)称取适量的各组分，然后将称取的各组分干燥；
2)将干燥后的无机纳米粒子和SiC纳米粉末加入高速混匀箱中，于85℃～110℃下，4000～5000r/min的转速混匀，再加入偶联剂搅拌30～45分钟，得到均匀沾有偶联剂的无机纳米粒子；
3)再依次加入干燥后的PTT、天然纤维、增容剂和抗氧剂，搅拌混合均匀后得到混合物料；
4)最后将所述混合物料加入双螺杆挤出机中，在220～260℃下经熔融共混后挤出造粒，得到纳米复合材料，即得。
进一步地，在步骤1)中，将PTT置于强制空气循环烘箱中于110℃～120℃温度下干燥6～8小时。
进一步地，在步骤2)中，于100℃下，4500r/min的转速混匀。
进一步地，在步骤4)中，在230～250℃下经熔融共混后挤出造粒。
进一步地，在步骤4)中，在240℃下经熔融共混后挤出造粒。
本发明的有益效果在于：本发明的纳米粒子复合材料通过使用PTT替代普通纳米材料中的塑料，并与无机纳米粒子，及其他组分在特定的配比下结合，并通过特殊的工艺参数，得到的复合材料具有优异的力学性能、加工性能和耐热性能，并且抗冲击强度高，硬度高；并且加入无机纳米粒子，使得复合材料的强度和韧性都较高，扩大了复合材料的应用范围。此外，天然纤维的加入是的制得的复合材料易于回收、利用；SiC纳米粉末的加入能够增加复合材料的强度和耐磨性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
除非特别指明，以下实施来中所用的试剂均为分析级纯，且可从正规渠道商购获得。
实施例1
1)称取PTT 55份，竹粉29份，无机纳米粒子6份，SiC纳米粉末4份，偶联剂0.5份、增容剂5份、抗氧剂0.5份，然后将称取的各组分干燥；
2)将干燥后的无机纳米粒子和SiC纳米粉末加入高速混匀箱中，于100℃下，4500r/min的转速混匀，再加入偶联剂搅拌40分钟，得到均匀沾有偶联剂的无机纳米粒子；
3)再依次加入干燥后的PTT、天然纤维、增容剂和抗氧剂，搅拌混合均匀后得到混合物料；
4)最后将所述混合物料加入双螺杆挤出机中，在240℃下经熔融共混后挤出造粒，得到纳米复合材料，即得。
实施例2
1)称取PTT 51.8份，竹粉30份，无机纳米粒子8份，SiC纳米粉末2份，偶联剂0.1份、增容剂8份、抗氧剂0.1份，然后将称取的各组分干燥；
2)将干燥后的无机纳米粒子和SiC纳米粉末加入高速混匀箱中，于100℃下，4500r/min的转速混匀，再加入偶联剂搅拌40分钟，得到均匀沾有偶联剂的无机纳米粒子；
3)再依次加入干燥后的PTT、天然纤维、增容剂和抗氧剂，搅拌混合均匀后得到混合物料；
4)最后将所述混合物料加入双螺杆挤出机中，在240℃下经熔融共混后挤出造粒，得到纳米复合材料，即得。
实施例3
1)称取PTT 60份，木粉21.6份，无机纳米粒子7份，SiC纳米粉末5份，偶联剂0.2份、增容剂6份、抗氧剂0.2份，然后将称取的各组分干燥；
2)将干燥后的无机纳米粒子和SiC纳米粉末加入高速混匀箱中，于100℃下，4500r/min的转速混匀，再加入偶联剂搅拌40分钟，得到均匀沾有偶联剂的无机纳米粒子；
3)再依次加入干燥后的PTT、天然纤维、增容剂和抗氧剂，搅拌混合均匀后得到混合物料；
4)最后将所述混合物料加入双螺杆挤出机中，在240℃下经熔融共混后挤出造粒，得到纳米复合材料，即得。
将实施例1‐3制得的纳米复合材料进行测试，具体的，维卡软化温度(VST)按照GB1633的规定进行；拉伸屈服强度按照GB/T1040.2‐2006的规定进行；洛氏硬度按照GB/T3398‐2008的规定进行，结果如下述表1所示。
表1
综上，本发明的纳米粒子复合材料通过使用PTT替代普通纳米材料中的塑料，并与无机纳米粒子，及其他组分在特定的配比下结合，得到的复合材料具有优异的力学性能、加工性能和耐热性能，并且抗冲击强度高，硬度高；并且加入无机纳米粒子，使得复合材料的强度和韧性都较高，扩大了复合材料的应用范围。此外，天然纤维的加入是的制得的复合材料易于回收、利用；SiC纳米粉末的加入能够增加复合材料的强度和耐磨性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种纳米粒子复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按以下重量配比称取各组分，PTT 50～60份，天然纤维20～30份，无机纳米粒子5～8份，SiC纳米粉末2～5份，偶联剂0.1～0.5份、增容剂4～8份、抗氧剂0.1～0.5份，然后将称取的各组分干燥；
2)将干燥后的无机纳米粒子和SiC纳米粉末加入高速混匀箱中，于85℃～110℃下，4000～5000r/min的转速混匀，再加入偶联剂搅拌30～45分钟，得到均匀沾有偶联剂的无机纳米粒子；
3)再依次加入干燥后的PTT、天然纤维、增容剂和抗氧剂，搅拌混合均匀后得到混合物料；
4)最后将所述混合物料加入双螺杆挤出机中，在220～260℃下经熔融共混后挤出造粒，得到纳米复合材料，即得。
2.根据权利要求1所述的纳米粒子复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，将PTT置于强制空气循环烘箱中于110℃～120℃温度下干燥6～8小时。
3.根据权利要求1所述的纳米粒子复合材料的制备方法，其特征在于，进一步地，在步骤2)中，于100℃下，4500r/min的转速混匀。
4.根据权利要求1所述的纳米粒子复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤4)中，在230～250℃下经熔融共混后挤出造粒。
5.根据权利要求1所述的纳米粒子复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤4)中，在240℃下经熔融共混后挤出造粒。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的纳米粒子复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，按以下重量配比称取各组分，所述纳米粒子复合材料包括以下重量份数的各组分PTT 55份，天然纤维29份，无机纳米粒子6份，SiC纳米粉末4份，偶联剂0.5份、增容剂5份、抗氧剂0.5份。
7.根据权利要求6所述的纳米粒子复合材料的制备方法，其特征在于，所述无机纳米粒子选自蒙脱土粒子、碳酸钙粒子、高龄土粒子、滑石粉粒子、钛白粉粒子和炭黑中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的纳米粒子复合材料，其特征在于，所述所述无机纳米粒子选自碳酸钙粒子、龄土粒子、滑石粉粒子和炭黑中的至少一种。
9.如权利要求6所述的纳米粒子复合材料，其特征在于，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝钛复合偶联剂中的至少一种。
10.如权利要求6所述的纳米粒子复合材料，其特征在于，所述增溶剂由质量比为1：1的甲基丙烯酸酯‐丙烯酸酯共聚物和甲基丙烯酸甲酯‐丁二烯‐苯乙烯三元接枝共聚物组成。
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