CN109082069A

CN109082069A - 一种热氧稳定型聚甲醛的制备方法

Info

Publication number: CN109082069A
Application number: CN201811104176.6A
Authority: CN
Inventors: 胡次兵; 章红英; 王素香
Original assignee: Foshan Chancheng No High Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Foshan Chancheng No High Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2018-12-25

Abstract

本发明公开了一种热氧稳定型聚甲醛的制备方法，属于化学工业技术领域。本发明通过将铝合金和醋酸纤维素符合制备出复合金属树脂，挤出切粒磨成复合铝树脂粉，在聚合过程中复合铝树脂粉醋酸纤维素被乙醚溶解形成多孔铝基材料，本发明中稻壳在高温条件下会被锌粉、铁粉反应活化，使木质纤维素成分发生润胀，在有机金属溶液作用下逐渐转变成胶状物质，锰能提高铝合金再结晶温度，细化再结晶晶粒，细化后的再结晶晶粒通过化合物弥散质点阻碍再结晶晶粒的长大，使得铝合金受到外部作用力时得到更多受力点得以分散，同时铝合金中添加锰铁金属元素有利于蒙脱土吸附在铝合金孔隙中，减少紫外光对聚甲醛的老化作用，提高聚甲醛的力学性能。

Description

一种热氧稳定型聚甲醛的制备方法

技术领域

本发明公开了一种热氧稳定型聚甲醛的制备方法，属于化学工业技术领域。

背景技术

聚甲醛又名缩醛树脂；聚氧亚甲基。全名聚甲醛树脂，简称聚甲醛，热塑性结晶聚合物。被誉为“超钢”或者“赛钢”。英文缩写为POM。通过甲醛聚合所得之聚合物，聚合度不高，且易受热解聚。POM是一种坚韧有弹性的材料，即使在低温下仍有很好的抗蠕变特性、几何稳定性。POM既有均聚物材料也有共聚物材料。无论均聚物材料还是共聚物材料，都是结晶性材料并且不易吸收水分。POM以低于其他许多工程塑料的成本，正在替代一些传统上被金属所占领的市场，如替代锌、黄铜、铝和钢制作许多部件。自问世以来，POM已经广泛应用于电子电气、机械、仪表、日用轻工、汽车、建材、农业等领域。在很多新领域的应用，如医疗技术、运动器械等方面，POM也表现出较好的增长态势。

广泛用于制造各种滑动、转动机械零件，做各种齿轮、杠杆、滑轮、链轮，特别适宜做轴承，热水阀门、精密计量阀、输送机的链环和辊子、流量计、汽车内外部把手、曲柄等车窗转动机械，油泵轴承座和叶轮燃气开关阀、电子开关零件、紧固体、接线柱镜面罩、电风扇零件、加热板、仪表钮；录音录像带的轴承；各种管道和农业喷灌系统以及阀门、喷头、水龙头、洗浴盆零件；开关键盘、按钮、音像带卷轴；温控定时器；动力工具，庭园整理工具零件；另外可作为冲浪板、帆船及各种雪撬零件，手表微型齿轮、体育用设备的框架辅件和背包用各种环扣、紧固件、打火机、拉链、扣环；医疗器械中的心脏起博器；人造心脏瓣膜、顶椎、假肢等，用于化工、制药等化学合成及使用无水甲醛作原料的合成方面。

但是POM热稳定性差、耐候性不理想，长期暴露在日光或短期置于强荧光下，由于吸收了紫外光能量，引发了自动氧化反应，导致了塑料的主要组分聚合物的降解，导致其力学性能尤其是抗冲击韧性和断裂伸长率急剧下降，过早失去使用价值。

因此，发明一种热氧稳定型聚甲醛对化学工业技术领域具有积极意义。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，针对目前聚甲醛热稳定性差，在使用过程中易在光特别是紫外线、氧作用下降解，导致其力学性能尤其是抗冲击韧性和断裂伸长率急剧下降，过早失去使用价值的缺陷，提供了一种热氧稳定型聚甲醛的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种热氧稳定型聚甲醛的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）将4～5g氯化钛溶于30～40mL四氢呋喃中，加热升温，启动磁力搅拌器，以400～500r/min的转速开始搅拌，待氯化钛全部溶解，得到有机金属溶液，按重量份数计，取30～40份锰铁矿石、10～15份稻壳、8～10份钛粉放入磨石机中研磨2～3h，过筛得到石粉，将石粉分散于40～50份有机金属溶液中，在高速分散机中高速分散30～40min，过滤去除滤液，分离得到分散粉料，备用；

（2）按重量份数计，取15～20份的铝锭，用磨砂纸对铝锭进行打磨，将坩埚放入电阻炉中，对铝锭加热熔融；

（3）调节上述电阻炉温度降温，按重量份数计，向上述坩埚中加入20～30份分散粉料、40～50份醋酸纤维素并保温，得到熔体，最后将氩气通入熔体精炼，调节电阻炉降温至室温，得到复合金属树脂；

（4）将复合金属树脂放入双螺杆挤出机中，挤出切粒得到复合树脂颗粒，将复合树脂颗粒置于磨粉机中磨粉，过筛，得到复合铝树脂粉，将复合铝树脂粉与蒙脱土混合，得到原位聚合模板粉料；

（5）按重量份数计，将10～12份原位聚合模板粉料、2～3份三氟化硼、1～2份乙醚、4～5份水、30～35份石油醚、35～40份三聚甲醛放入反应釜中，加热升温，保温，加入1～2份碳酸钠溶液终止反应，过滤去除溶剂得到滤渣，洗涤得到原位均聚甲醛，将40～50份原位均聚甲醛、10～15份亚磷酸酯、8～10份三聚氰胺放入密炼机中，加热，挤出造粒得到热氧稳定型聚甲醛。

步骤（1）所述的加热升温后温度为50～70℃，所过筛规格为200目，高速分散转速为4000～5000r/min。

步骤（2）所述的对铝锭加热熔融过程为设定电阻炉温度为800～850℃，当电阻炉温度升至600～610℃时，将铝锭放入坩埚中，铝锭开始熔化后，向其中加入3～4份锌粉，再将炉温设定为900～1000℃，当温度升至900～905℃时，保温熔融1～2h。

步骤（3）所述的调节上述电阻炉温度降温后温度为200～250℃，保温时间为30～40min，通氩气时控制通气时间为5～10min，通气速率为4～5L/min。

步骤（4）所述的控制双螺杆挤出机的机头温度为200～250℃，喂料转速为500～550r/min，切粒速率为100～120r/min，所过筛规格为200目，复合铝树脂粉与蒙脱土混合质量比为1:4。

步骤（5）所述的加热升温后温度为70～80℃，保温时间为1～2h，密炼机加热后温度为200～220℃。

本发明的有益效果是：

（1）本发明将氯化钛溶于四氢呋喃中得到有机金属溶液，取锰铁矿石、稻壳、钛粉研磨，过筛得到原位聚合模板粉料，将石粉加入有机金属溶液中，经过高速分散后过滤得到分散粉料，将铝锭熔化后掺入锌粉，再降温加入分散粉料和聚四氟乙烯，通氩气精炼，冷却后得到复合金属树脂，最后将复合金属树脂熔融挤出，切粒后磨成粉，与蒙脱土混合得到原位聚合模板粉料，然后用三聚甲醛为原料在原位聚合模板粉料中利用溶剂腐蚀成多孔的颗粒，制备出均聚甲醛，最后将均聚甲醛与添加剂密炼，挤出造粒得到热氧稳定型聚甲醛，本发明通过将铝合金和醋酸纤维素复合制备出复合金属树脂，挤出切粒磨成复合铝树脂粉，在聚合过程中复合铝树脂粉醋酸纤维素被乙醚溶解形成多孔铝基材料，蒙脱土在铝基材料的孔隙中插层，吸收三氟化硼、乙醚，使他们发生络合形成三聚甲醛聚合反应的催化剂，最终均聚甲醛在多孔铝基材料中蒙脱土插层间生长，铝基材料使均聚甲醛的抗冲击韧性和断裂伸长率提高，并且由于铝基材料比聚甲醛的还原性强，会先吸收聚甲醛中氧形成钝化膜，避免聚甲醛的热氧老化，进一步提高聚甲醛的韧性和强度；

（2）本发明中稻壳在高温条件下会被锌粉、铁粉反应活化，使木质纤维素成分发生润胀，在有机金属溶液作用下逐渐转变成胶状物质，同时伴随着水解和氧化作用，使部分高聚物变为短链分子，形成混合均匀的塑性炭粉，胶状塑性炭粉分散在铝基材料的空隙之中，能够起到减压增韧的作用，另外在有机溶剂的四氢呋喃介质中，铝可置换氯化钛中的Ti⁴⁺，使钛沉积在炭粉颗粒表面形成碳化钛，碳化钛作为一种陶瓷材料可以提高聚甲醛的刚性和抗热氧化性能，铝基材料中添加锰铁矿成分，锰能提高铝合金再结晶温度，细化再结晶晶粒，细化后的再结晶晶粒通过化合物弥散质点阻碍再结晶晶粒的长大，使得铝合金受到外部作用力时得到更多受力点得以分散，从而提高其抗冲击韧性，同时铝合金中添加锰铁金属元素有利于蒙脱土吸附在铝合金孔隙中，并且蒙脱土插层可减少聚甲醛紫外光的吸收，类似于光屏蔽剂，减少紫外光对聚甲醛的老化作用，提高聚甲醛的力学性能。

具体实施方式

将4～5g氯化钛溶于30～40mL四氢呋喃中，加热升温至50～70℃，启动磁力搅拌器，以400～500r/min的转速开始搅拌，待氯化钛全部溶解，得到有机金属溶液，按重量份数计，取30～40份锰铁矿石、10～15份稻壳、8～10份钛粉放入磨石机中研磨2～3h，过200目筛得到石粉，将石粉分散于40～50份有机金属溶液中，在高速分散机中以4000～5000r/min的转速高速分散30～40min，过滤去除滤液，分离得到分散粉料，备用；按重量份数计，取15～20份的铝锭，用磨砂纸对铝锭进行打磨，将坩埚放入电阻炉中，设定电阻炉温度为800～850℃，当电阻炉温度升至600～610℃时，将铝锭放入坩埚中，铝锭开始熔化后，向其中加入3～4份锌粉，再将炉温设定为900～1000℃，当温度升至900～905℃时，保温熔融1～2h；调节上述电阻炉温度降温至200～250℃，按重量份数计，向上述坩埚中加入20～30份分散粉料、40～50份醋酸纤维素并保温30～40min，得到熔体，最后将氩气通入熔体精炼，控制通气时间为5～10min，通气速率为4～5L/min，调节电阻炉降温至室温，得到复合金属树脂；将复合金属树脂放入双螺杆挤出机中，控制双螺杆挤出机的机头温度为200～250℃，喂料转速为500～550r/min，切粒速率为100～120r/min，得到复合树脂颗粒，将复合树脂颗粒置于磨粉机中磨粉，过200目筛，得到复合铝树脂粉，将复合铝树脂粉与蒙脱土按质量比为1:4混合，得到原位聚合模板粉料；按重量份数计，将10～12份原位聚合模板粉料、2～3份三氟化硼、1～2份乙醚、4～5份水、30～35份石油醚、35～40份三聚甲醛放入反应釜中，加热升温至70～80℃，保温1～2h，加入1～2份碳酸钠溶液终止反应，过滤去除溶剂得到滤渣，洗涤得到原位均聚甲醛，将40～50份原位均聚甲醛、10～15份亚磷酸酯、8～10份三聚氰胺放入密炼机中，加热至200～220℃，挤出造粒得到热氧稳定型聚甲醛。

将4g氯化钛溶于30mL四氢呋喃中，加热升温至50℃，启动磁力搅拌器，以400r/min的转速开始搅拌，待氯化钛全部溶解，得到有机金属溶液，按重量份数计，取30份锰铁矿石、10份稻壳、8份钛粉放入磨石机中研磨2h，过200目筛得到石粉，将石粉分散于40份有机金属溶液中，在高速分散机中以4000r/min的转速高速分散30min，过滤去除滤液，分离得到分散粉料，备用；按重量份数计，取15份的铝锭，用磨砂纸对铝锭进行打磨，将坩埚放入电阻炉中，设定电阻炉温度为800℃，当电阻炉温度升至600℃时，将铝锭放入坩埚中，铝锭开始熔化后，向其中加入3份锌粉，再将炉温设定为900℃，当温度升至900℃时，保温熔融1h；调节上述电阻炉温度降温至200℃，按重量份数计，向上述坩埚中加入20份分散粉料、40份醋酸纤维素并保温30min，得到熔体，最后将氩气通入熔体精炼，控制通气时间为5min，通气速率为4L/min，调节电阻炉降温至室温，得到复合金属树脂；将复合金属树脂放入双螺杆挤出机中，控制双螺杆挤出机的机头温度为200℃，喂料转速为500r/min，切粒速率为100r/min，得到复合树脂颗粒，将复合树脂颗粒置于磨粉机中磨粉，过200目筛，得到复合铝树脂粉，将复合铝树脂粉与蒙脱土按质量比为1:4混合，得到原位聚合模板粉料；按重量份数计，将10份原位聚合模板粉料、2份三氟化硼、1份乙醚、4份水、30份石油醚、35份三聚甲醛放入反应釜中，加热升温至70℃，保温1h，加入1份碳酸钠溶液终止反应，过滤去除溶剂得到滤渣，洗涤得到原位均聚甲醛，将40份原位均聚甲醛、10份亚磷酸酯、8份三聚氰胺放入密炼机中，加热至200℃，挤出造粒得到热氧稳定型聚甲醛。

将4g氯化钛溶于35mL四氢呋喃中，加热升温至60℃，启动磁力搅拌器，以450r/min的转速开始搅拌，待氯化钛全部溶解，得到有机金属溶液，按重量份数计，取35份锰铁矿石、12份稻壳、9份钛粉放入磨石机中研磨2.5h，过200目筛得到石粉，将石粉分散于45份有机金属溶液中，在高速分散机中以4500r/min的转速高速分散35min，过滤去除滤液，分离得到分散粉料，备用；按重量份数计，取17份的铝锭，用磨砂纸对铝锭进行打磨，将坩埚放入电阻炉中，设定电阻炉温度为820℃，当电阻炉温度升至605℃时，将铝锭放入坩埚中，铝锭开始熔化后，向其中加入3份锌粉，再将炉温设定为950℃，当温度升至902℃时，保温熔融1.5h；调节上述电阻炉温度降温至220℃，按重量份数计，向上述坩埚中加入25份分散粉料、45份醋酸纤维素并保温35min，得到熔体，最后将氩气通入熔体精炼，控制通气时间为7min，通气速率为4L/min，调节电阻炉降温至室温，得到复合金属树脂；将复合金属树脂放入双螺杆挤出机中，控制双螺杆挤出机的机头温度为220℃，喂料转速为520r/min，切粒速率为110r/min，得到复合树脂颗粒，将复合树脂颗粒置于磨粉机中磨粉，过200目筛，得到复合铝树脂粉，将复合铝树脂粉与蒙脱土按质量比为1:4混合，得到原位聚合模板粉料；按重量份数计，将11份原位聚合模板粉料、2份三氟化硼、1份乙醚、4份水、32份石油醚、37份三聚甲醛放入反应釜中，加热升温至75℃，保温1.5h，加入1份碳酸钠溶液终止反应，过滤去除溶剂得到滤渣，洗涤得到原位均聚甲醛，将45份原位均聚甲醛、12份亚磷酸酯、7份三聚氰胺放入密炼机中，加热至210℃，挤出造粒得到热氧稳定型聚甲醛。

将5g氯化钛溶于40mL四氢呋喃中，加热升温至70℃，启动磁力搅拌器，以500r/min的转速开始搅拌，待氯化钛全部溶解，得到有机金属溶液，按重量份数计，取40份锰铁矿石、15份稻壳、10份钛粉放入磨石机中研磨3h，过200目筛得到石粉，将石粉分散于50份有机金属溶液中，在高速分散机中以5000r/min的转速高速分散40min，过滤去除滤液，分离得到分散粉料，备用；按重量份数计，取20份的铝锭，用磨砂纸对铝锭进行打磨，将坩埚放入电阻炉中，设定电阻炉温度为850℃，当电阻炉温度升至610℃时，将铝锭放入坩埚中，铝锭开始熔化后，向其中加入4份锌粉，再将炉温设定为1000℃，当温度升至905℃时，保温熔融2h；调节上述电阻炉温度降温至250℃，按重量份数计，向上述坩埚中加入30份分散粉料、50份醋酸纤维素并保温40min，得到熔体，最后将氩气通入熔体精炼，控制通气时间为10min，通气速率为5L/min，调节电阻炉降温至室温，得到复合金属树脂；将复合金属树脂放入双螺杆挤出机中，控制双螺杆挤出机的机头温度为250℃，喂料转速为550r/min，切粒速率为120r/min，得到复合树脂颗粒，将复合树脂颗粒置于磨粉机中磨粉，过200目筛，得到复合铝树脂粉，将复合铝树脂粉与蒙脱土按质量比为1:4混合，得到原位聚合模板粉料；按重量份数计，将12份原位聚合模板粉料、3份三氟化硼、2份乙醚、5份水、35份石油醚、40份三聚甲醛放入反应釜中，加热升温至80℃，保温2h，加入2份碳酸钠溶液终止反应，过滤去除溶剂得到滤渣，洗涤得到原位均聚甲醛，将50份原位均聚甲醛、15份亚磷酸酯、10份三聚氰胺放入密炼机中，加热至220℃，挤出造粒得到热氧稳定型聚甲醛。

对比例以佛山市某公司生产的热氧稳定型聚甲醛作为对比例对本发明制得的热氧稳定型聚甲醛和对比例中的热氧稳定型聚甲醛进行性能检测，检测结果如表1所示：

测试方法：

氙灯老化后缺口冲击强度测试按GB/T1843-2008标准进行检测。

氙灯老化1000h后断裂伸长率保持率测试按GB/T1040-2006标准进行检测。

表1聚甲醛性能测定结果

测试项目	实例1	实例2	实例3	对比例
					老化前缺口冲击强度（kJ/m<sup>2</sup>）	14.4	14.5	14.8	8.8
氙灯老化后缺口冲击强度（kJ/m<sup>2</sup>）	13.2	13.5	13.7	4.3
					氙灯老化1000h后断裂伸长率保持率（%）	77	78	79	50

根据上述检测数据可知本发明的热氧稳定型聚甲醛可以有效抵抗光特别是紫外线和氧等因素造成的聚甲醛材料力学性能的降低，氙灯老化后的缺口冲击强度和断裂伸长率高，具有广阔的应用前景。

Claims

1.一种热氧稳定型聚甲醛的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

2.根据权利要求1所述的一种热氧稳定型聚甲醛的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的加热升温后温度为50～70℃，所过筛规格为200目，高速分散转速为4000～5000r/min。

3.根据权利要求1所述的一种热氧稳定型聚甲醛的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的对铝锭加热熔融过程为设定电阻炉温度为800～850℃，当电阻炉温度升至600～610℃时，将铝锭放入坩埚中，铝锭开始熔化后，向其中加入3～4份锌粉，再将炉温设定为900～1000℃，当温度升至900～905℃时，保温熔融1～2h。

4.根据权利要求1所述的一种热氧稳定型聚甲醛的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的调节上述电阻炉温度降温后温度为200～250℃，保温时间为30～40min，通氩气时控制通气时间为5～10min，通气速率为4～5L/min。

5.根据权利要求1所述的一种热氧稳定型聚甲醛的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的控制双螺杆挤出机的机头温度为200～250℃，喂料转速为500～550r/min，切粒速率为100～120r/min，所过筛规格为200目，复合铝树脂粉与蒙脱土混合质量比为1:4。

6.根据权利要求1所述的一种热氧稳定型聚甲醛的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述的加热升温后温度为70～80℃，保温时间为1～2h，密炼机加热后温度为200～220℃。