CN108047690A - 填充有纳米介孔硅的高强度抗老化ppo复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料,按重量份计,其制备原料为:聚苯醚PPO 100份,尼龙PA 10‑30份,苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物SBS 10‑20份,双层聚合物包覆纳米羟基磷灰石50‑80份,纳米介孔硅10‑30份,硅烷偶联剂KH‑550 1‑10份,硅烷偶联剂KH‑560 1‑10份,乙撑双硬脂酰胺1‑5份,二辛酯基季戊四醇二亚磷酸酯1‑3份以及双(2,4‑二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯1‑3份。本发明还公开了所述填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料的制备方法。

Description

填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料
技术领域
本发明属于聚合物复合材料技术领域,更具体地,本发明涉及一种填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料。
背景技术
聚苯醚(PPO)是五大工程塑料之一。PPO是亲油性高的非结晶材料,耐热性、电气绝缘性及高温下耐蠕变性优异,但是其冲击韧性差、难加工和不耐非极性溶剂;此外,还存在强度有限且阻燃性不好的缺陷,亟待解决。
因此,需要进行技术改进,制备具有更好的强度和并保持高弹性,且阻燃性较好的PPO复合材料。
发明内容
为了解决上述问题,本发明的一个方面提供填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料,按重量份计,其制备原料为:
聚苯醚PPO 100份,尼龙PA 10-30份,苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SBS 10-20份,双层聚合物包覆纳米羟基磷灰石50-80份,纳米介孔硅10-30份,硅烷偶联剂KH-550 1-10份,硅烷偶联剂KH-560 1-10份,乙撑双硬脂酰胺 1-5份,二辛酯基季戊四醇二亚磷酸酯1-3份以及双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯1-3份;
优选地,其制备原料为:
聚苯醚PPO 100份,尼龙PA 20份,苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SBS 15份,双层聚合物包覆纳米羟基磷灰石64份,纳米介孔硅18份,硅烷偶联剂KH-550 3份,硅烷偶联剂KH-560 5份,乙撑双硬脂酰胺3份,二辛酯基季戊四醇二亚磷酸酯2份以及双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯2份。
优选地,所述双层聚合物的外层为刚性聚醚酮,内层为柔性聚醚胺。
优选地,所述双层聚合物包覆纳米羟基磷灰石的制备方法为:
(1)在反应容器中,依次加入0.044 mol的1H-咪唑-4-乙胺、10 g的环氧树脂E-44以及N,N-二甲基甲酰胺300 ml,通氮气保护30 min后,升温100℃反应5 h后,得粘稠的聚醚胺溶液;
(2)往上述粘稠的聚醚胺溶液中,加入100 g的纳米羟基磷灰石,2 g的硅烷偶联剂KH-550,在100℃、氮气保护下,继续搅拌2 h后,将反应溶液沉析在2000 ml乙醇中,得大量固体沉淀,用乙醇和去离子水反复洗涤该固体沉淀三次,然后抽滤,将所得固体在真空烘箱中,50℃下干燥24 h得单层聚合物包覆纳米羟基磷灰石;
(3)将0.002mol 的4,4’-二氟二苯酮、0.0021mol 的4,4’-二羟基二苯酮、0.0024mol的无水碳酸钠、0.012mol的二苯砜装入反应容器中,在氮气气氛下升温至180℃,反应6 h,然后升温至300℃,反应5 h,然后将反应溶液在去离子水中析出,用乙醇和去离子水反复洗涤该固体沉淀三次,然后抽滤,将所得固体在真空烘箱中,120℃下干燥24 h得聚醚酮;
(4)取步骤(3)所得聚醚酮10 g溶解在300 ml二苯砜中,然后加入步骤(2)所得单层聚合物包覆纳米羟基磷灰石100 g,升温至80℃搅拌2 h后,将反应溶液在去离子水中析出,用乙醇和去离子水反复洗涤该固体沉淀三次,然后抽滤,将所得固体在真空烘箱中,120℃下干燥24 h得双层聚合物包覆纳米羟基磷灰石。
优选地,所述纳米羟基磷灰石的平均粒径为200-700纳米;更优选地,所述纳米羟基磷灰石的平均粒径为500纳米。
优选地,所述纳米介孔硅的平均粒径为200-1000纳米;更优选地,所述纳米介孔硅的平均粒径为900纳米。
本发明还提供了填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料的制备方法,包括如下步骤:
将上述原料加入转速为1200转/分钟的高速混合机中混合,直至因高速搅拌所产生的摩擦热使物料温度升高至130℃时出料,然后将混合物料送入到冷却搅拌器中,在搅拌下通过冷水夹套冷却的方式冷却至60℃;
将冷却后的混合物料送入到已达到设定温度的双螺杆挤出机中,混合物料在经过双螺杆挤出机挤出成为条料,所设定的挤出模头温度为290℃;所挤出的条料经水槽冷却、牵引进入切粒机造粒即得到填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料;
上述双螺杆挤出机按照物料经过的先后次序分为4个加热区和挤出模头,所设定的各加热区的加热温度依次为:一区温度250-280℃,二区温度270-290℃,三区温度270-290℃,四区温度260-290℃。
优选地,所述各加热区的加热温度依次为:一区温度260℃,二区温度280℃,三区温度290℃,四区温度280℃。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
双层聚合物包覆纳米羟基磷灰石的加入,通过刚性聚醚酮与柔性聚醚胺的协同作用,大大提高了填料的分散性,可使填料的含量大大增加,并同时提高体系的强度和阻燃性能。纳米介孔硅和硅烷偶联剂的加入可以进一步提高体系的交联密度,并与双层聚合物包覆纳米羟基磷灰石协同,进一步提高体系的强度。
具体实施方式
原料:
聚苯醚PPO购自日本三菱化学,牌号为PX110L。尼龙PA为杜邦PA66,牌号为101 NC010。苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SBS 购自巴陵石化,牌号为YH-791。纳米羟基磷灰石(平均粒径为500纳米)购自阿拉丁试剂。纳米介孔硅(平均粒径为900纳米)MCM-41购自杭州海创化工。其它原料均购自西域化工。
实施例1
按重量份,将聚苯醚PPO 100份,尼龙PA 10份,苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SBS 10份,双层聚合物包覆纳米羟基磷灰石50份,纳米介孔硅10份,硅烷偶联剂KH-550 1份,硅烷偶联剂KH-560 1份,乙撑双硬脂酰胺 1份,二辛酯基季戊四醇二亚磷酸酯1份以及双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯1份加入转速为1200转/分钟的高速混合机中混合,直至因高速搅拌所产生的摩擦热使物料温度升高至130℃时出料,然后将混合物料送入到冷却搅拌器中,在搅拌下通过冷水夹套冷却的方式冷却至60℃;
将冷却后的混合物料送入到已达到设定温度的双螺杆挤出机中,混合物料在经过双螺杆挤出机挤出成为条料,所设定的挤出模头温度为290℃;所挤出的条料经水槽冷却、牵引进入切粒机造粒即得到填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料;
上述双螺杆挤出机按照物料经过的先后次序分为4个加热区和挤出模头,所设定的各加热区的加热温度依次为:一区温度260℃,二区温度280℃,三区温度290℃,四区温度280℃。
所述双层聚合物包覆纳米羟基磷灰石的制备方法为:
(1)在反应容器中,依次加入0.044 mol的1H-咪唑-4-乙胺、10 g的环氧树脂E-44以及N,N-二甲基甲酰胺300 ml,通氮气保护30 min后,升温100℃反应5 h后,得粘稠的聚醚胺溶液;
(2)往上述粘稠的聚醚胺溶液中,加入100 g的纳米羟基磷灰石,2 g的硅烷偶联剂KH-550,在100℃、氮气保护下,继续搅拌2 h后,将反应溶液沉析在2000 ml乙醇中,得大量固体沉淀,用乙醇和去离子水反复洗涤该固体沉淀三次,然后抽滤,将所得固体在真空烘箱中,50℃下干燥24 h得单层聚合物包覆纳米羟基磷灰石;
(3)将0.002mol 的4,4’-二氟二苯酮、0.0021mol 的4,4’-二羟基二苯酮、0.0024mol的无水碳酸钠、0.012mol的二苯砜装入反应容器中,在氮气气氛下升温至180℃,反应6 h,然后升温至300℃,反应5 h,然后将反应溶液在去离子水中析出,用乙醇和去离子水反复洗涤该固体沉淀三次,然后抽滤,将所得固体在真空烘箱中,120℃下干燥24 h得聚醚酮;
(4)取步骤(3)所得聚醚酮10 g溶解在300 ml二苯砜中,然后加入步骤(2)所得单层聚合物包覆纳米羟基磷灰石100 g,升温至80℃搅拌2 h后,将反应溶液在去离子水中析出,用乙醇和去离子水反复洗涤该固体沉淀三次,然后抽滤,将所得固体在真空烘箱中,120℃下干燥24 h得双层聚合物包覆纳米羟基磷灰石。
实施例2
按重量份,将聚苯醚PPO 100份,尼龙PA 20份,苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SBS 15份,双层聚合物包覆纳米羟基磷灰石64份,纳米介孔硅18份,硅烷偶联剂KH-550 3份,硅烷偶联剂KH-560 5份,乙撑双硬脂酰胺3份,二辛酯基季戊四醇二亚磷酸酯2份以及双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯2份加入转速为1200转/分钟的高速混合机中混合,直至因高速搅拌所产生的摩擦热使物料温度升高至130℃时出料,然后将混合物料送入到冷却搅拌器中,在搅拌下通过冷水夹套冷却的方式冷却至60℃;
将冷却后的混合物料送入到已达到设定温度的双螺杆挤出机中,混合物料在经过双螺杆挤出机挤出成为条料,所设定的挤出模头温度为290℃;所挤出的条料经水槽冷却、牵引进入切粒机造粒即得到填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料;
上述双螺杆挤出机按照物料经过的先后次序分为4个加热区和挤出模头,所设定的各加热区的加热温度依次为:一区温度260℃,二区温度280℃,三区温度290℃,四区温度280℃。
所述双层聚合物包覆纳米羟基磷灰石的制备方法为:
(1)在反应容器中,依次加入0.044 mol的1H-咪唑-4-乙胺、10 g的环氧树脂E-44以及N,N-二甲基甲酰胺300 ml,通氮气保护30 min后,升温100℃反应5 h后,得粘稠的聚醚胺溶液;
(2)往上述粘稠的聚醚胺溶液中,加入100 g的纳米羟基磷灰石,2 g的硅烷偶联剂KH-550,在100℃、氮气保护下,继续搅拌2 h后,将反应溶液沉析在2000 ml乙醇中,得大量固体沉淀,用乙醇和去离子水反复洗涤该固体沉淀三次,然后抽滤,将所得固体在真空烘箱中,50℃下干燥24 h得单层聚合物包覆纳米羟基磷灰石;
(3)将0.002mol 的4,4’-二氟二苯酮、0.0021mol 的4,4’-二羟基二苯酮、0.0024mol的无水碳酸钠、0.012mol的二苯砜装入反应容器中,在氮气气氛下升温至180℃,反应6 h,然后升温至300℃,反应5 h,然后将反应溶液在去离子水中析出,用乙醇和去离子水反复洗涤该固体沉淀三次,然后抽滤,将所得固体在真空烘箱中,120℃下干燥24 h得聚醚酮;
(4)取步骤(3)所得聚醚酮10 g溶解在300 ml二苯砜中,然后加入步骤(2)所得单层聚合物包覆纳米羟基磷灰石100 g,升温至80℃搅拌2 h后,将反应溶液在去离子水中析出,用乙醇和去离子水反复洗涤该固体沉淀三次,然后抽滤,将所得固体在真空烘箱中,120℃下干燥24 h得双层聚合物包覆纳米羟基磷灰石。
对比例1
按重量份,将聚苯醚PPO 100份,尼龙PA 20份,苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SBS 15份,双层聚合物包覆纳米羟基磷灰石64份,硅烷偶联剂KH-550 3份,硅烷偶联剂KH-560 5份,乙撑双硬脂酰胺3份,二辛酯基季戊四醇二亚磷酸酯2份以及双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯2份加入转速为1200转/分钟的高速混合机中混合,直至因高速搅拌所产生的摩擦热使物料温度升高至130℃时出料,然后将混合物料送入到冷却搅拌器中,在搅拌下通过冷水夹套冷却的方式冷却至60℃;
将冷却后的混合物料送入到已达到设定温度的双螺杆挤出机中,混合物料在经过双螺杆挤出机挤出成为条料,所设定的挤出模头温度为290℃;所挤出的条料经水槽冷却、牵引进入切粒机造粒即得到填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料;
上述双螺杆挤出机按照物料经过的先后次序分为4个加热区和挤出模头,所设定的各加热区的加热温度依次为:一区温度260℃,二区温度280℃,三区温度290℃,四区温度280℃。
所述双层聚合物包覆纳米羟基磷灰石的制备方法为:
(1)在反应容器中,依次加入0.044 mol的1H-咪唑-4-乙胺、10 g的环氧树脂E-44以及N,N-二甲基甲酰胺300 ml,通氮气保护30 min后,升温100℃反应5 h后,得粘稠的聚醚胺溶液;
(2)往上述粘稠的聚醚胺溶液中,加入100 g的纳米羟基磷灰石,2 g的硅烷偶联剂KH-550,在100℃、氮气保护下,继续搅拌2 h后,将反应溶液沉析在2000 ml乙醇中,得大量固体沉淀,用乙醇和去离子水反复洗涤该固体沉淀三次,然后抽滤,将所得固体在真空烘箱中,50℃下干燥24 h得单层聚合物包覆纳米羟基磷灰石;
(3)将0.002mol 的4,4’-二氟二苯酮、0.0021mol 的4,4’-二羟基二苯酮、0.0024mol的无水碳酸钠、0.012mol的二苯砜装入反应容器中,在氮气气氛下升温至180℃,反应6 h,然后升温至300℃,反应5 h,然后将反应溶液在去离子水中析出,用乙醇和去离子水反复洗涤该固体沉淀三次,然后抽滤,将所得固体在真空烘箱中,120℃下干燥24 h得聚醚酮;
(4)取步骤(3)所得聚醚酮10 g溶解在300 ml二苯砜中,然后加入步骤(2)所得单层聚合物包覆纳米羟基磷灰石100 g,升温至80℃搅拌2 h后,将反应溶液在去离子水中析出,用乙醇和去离子水反复洗涤该固体沉淀三次,然后抽滤,将所得固体在真空烘箱中,120℃下干燥24 h得双层聚合物包覆纳米羟基磷灰石。
对比例2
按重量份,将聚苯醚PPO 100份,尼龙PA 20份,苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SBS 15份,纳米介孔硅18份,硅烷偶联剂KH-550 3份,硅烷偶联剂KH-560 5份,乙撑双硬脂酰胺3份,二辛酯基季戊四醇二亚磷酸酯2份以及双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯2份加入转速为1200转/分钟的高速混合机中混合,直至因高速搅拌所产生的摩擦热使物料温度升高至130℃时出料,然后将混合物料送入到冷却搅拌器中,在搅拌下通过冷水夹套冷却的方式冷却至60℃;
将冷却后的混合物料送入到已达到设定温度的双螺杆挤出机中,混合物料在经过双螺杆挤出机挤出成为条料,所设定的挤出模头温度为290℃;所挤出的条料经水槽冷却、牵引进入切粒机造粒即得到填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料;
上述双螺杆挤出机按照物料经过的先后次序分为4个加热区和挤出模头,所设定的各加热区的加热温度依次为:一区温度260℃,二区温度280℃,三区温度290℃,四区温度280℃。
对比例3
按重量份,将聚苯醚PPO 100份,尼龙PA 20份,苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SBS 15份,乙撑双硬脂酰胺3份,二辛酯基季戊四醇二亚磷酸酯2份以及双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯2份加入转速为1200转/分钟的高速混合机中混合,直至因高速搅拌所产生的摩擦热使物料温度升高至130℃时出料,然后将混合物料送入到冷却搅拌器中,在搅拌下通过冷水夹套冷却的方式冷却至60℃;
将冷却后的混合物料送入到已达到设定温度的双螺杆挤出机中,混合物料在经过双螺杆挤出机挤出成为条料,所设定的挤出模头温度为290℃;所挤出的条料经水槽冷却、牵引进入切粒机造粒即得到填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料;
上述双螺杆挤出机按照物料经过的先后次序分为4个加热区和挤出模头,所设定的各加热区的加热温度依次为:一区温度260℃,二区温度280℃,三区温度290℃,四区温度280℃。
测试条件
拉伸强度按GB/T 1040标准进行检验。试样类型为I型,样条尺寸(mm):170(长)×(20±0.2)(端部宽度)×(4±0.2)(厚度),拉伸速度为50mm/min;
氧指数按照GB/T2460-1993测试。
测试结果见表1。
表1

Claims (10)

1.填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料,其特征在于,按重量份计,其制备原料为:
聚苯醚PPO 100份,尼龙PA 10-30份,苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SBS 10-20份,双层聚合物包覆纳米羟基磷灰石50-80份,纳米介孔硅10-30份,硅烷偶联剂KH-550 1-10份,硅烷偶联剂KH-560 1-10份,乙撑双硬脂酰胺 1-5份,二辛酯基季戊四醇二亚磷酸酯1-3份以及双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯1-3份。
2.根据权利要求1所述的填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料,其特征在于,按重量份计,其制备原料为:
聚苯醚PPO 100份,尼龙PA 20份,苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SBS 15份,双层聚合物包覆纳米羟基磷灰石64份,纳米介孔硅18份,硅烷偶联剂KH-550 3份,硅烷偶联剂KH-560 5份,乙撑双硬脂酰胺3份,二辛酯基季戊四醇二亚磷酸酯2份以及双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯2份。
3.根据权利要求1所述的填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料,其特征在于,所述双层聚合物的外层为刚性聚醚酮,内层为柔性聚醚胺。
4.根据权利要求1-3任一项所述的填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料,其特征在于,所述双层聚合物包覆纳米羟基磷灰石的制备方法为:
(1)在反应容器中,依次加入0.044 mol的1H-咪唑-4-乙胺、10 g的环氧树脂E-44以及N,N-二甲基甲酰胺300 ml,通氮气保护30 min后,升温100℃反应5 h后,得粘稠的聚醚胺溶液;
(2)往上述粘稠的聚醚胺溶液中,加入100 g的纳米羟基磷灰石,2 g的硅烷偶联剂KH-550,在100℃、氮气保护下,继续搅拌2 h后,将反应溶液沉析在2000 ml乙醇中,得大量固体沉淀,用乙醇和去离子水反复洗涤该固体沉淀三次,然后抽滤,将所得固体在真空烘箱中,50℃下干燥24 h得单层聚合物包覆纳米羟基磷灰石;
(3)将0.002mol 的4,4’-二氟二苯酮、0.0021mol 的4,4’-二羟基二苯酮、0.0024mol的无水碳酸钠、0.012mol的二苯砜装入反应容器中,在氮气气氛下升温至180℃,反应6 h,然后升温至300℃,反应5 h,然后将反应溶液在去离子水中析出,用乙醇和去离子水反复洗涤该固体沉淀三次,然后抽滤,将所得固体在真空烘箱中,120℃下干燥24 h得聚醚酮;
(4)取步骤(3)所得聚醚酮10 g溶解在300 ml二苯砜中,然后加入步骤(2)所得单层聚合物包覆纳米羟基磷灰石100 g,升温至80℃搅拌2 h后,将反应溶液在去离子水中析出,用乙醇和去离子水反复洗涤该固体沉淀三次,然后抽滤,将所得固体在真空烘箱中,120℃下干燥24 h得双层聚合物包覆纳米羟基磷灰石。
5.根据权利要求4所述的填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料,其特征在于,所述纳米羟基磷灰石的平均粒径为200-700纳米。
6.根据权利要求5所述的填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料,其特征在于,所述纳米羟基磷灰石的平均粒径为500纳米。
7.根据权利要求1所述的填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料,其特征在于,所述纳米介孔硅的平均粒径为200-1000纳米。
8.根据权利要求7所述的填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料,其特征在于,所述纳米介孔硅的平均粒径为900纳米。
9.填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
将权利要求1-8任一项的原料加入转速为1200转/分钟的高速混合机中混合,直至因高速搅拌所产生的摩擦热使物料温度升高至130℃时出料,然后将混合物料送入到冷却搅拌器中,在搅拌下通过冷水夹套冷却的方式冷却至60℃;
将冷却后的混合物料送入到已达到设定温度的双螺杆挤出机中,混合物料在经过双螺杆挤出机挤出成为条料,所设定的挤出模头温度为290℃;所挤出的条料经水槽冷却、牵引进入切粒机造粒即得到填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料;
上述双螺杆挤出机按照物料经过的先后次序分为4个加热区和挤出模头,所设定的各加热区的加热温度依次为:一区温度250-280℃,二区温度270-290℃,三区温度270-290℃,四区温度260-290℃。
10.根据权利要求9所述的填充有纳米介孔硅的高强度抗老化PPO复合材料的制备方法,其特征在于,所述各加热区的加热温度依次为:一区温度260℃,二区温度280℃,三区温度290℃,四区温度280℃。
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