CN113817318B - 耐腐蚀、耐高温、超疏水的聚苯硫醚复合材料及其制备方法 - Google Patents

耐腐蚀、耐高温、超疏水的聚苯硫醚复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开耐腐蚀、耐高温、超疏水的聚苯硫醚复合材料，涉及聚苯硫醚复合材料技术领域，主要由以下质量百分比的原料制成：20～40％聚苯硫醚树脂、10～30％改性填料、10～30％聚四氟乙烯、10～20％硅烷偶联剂、5～10％相容剂、5～10％硬脂酸；改性填料的制备方法包括以下步骤：将羟基硅油、正硅酸四乙酯、二丁基锡二月桂酸、己烷按照质量比5:1:0.1:100的比例混合搅拌，然后加入无机纳米颗粒搅拌，经过滤、洗涤、烘干，获得改性填料。本发明还提供上述聚苯硫醚复合材料的制备方法。本发明的有益效果在于：采用以上质量百分比的原料，各原料之间协同作用，聚苯硫醚复合材料具有很高的耐热性、耐腐蚀性和疏水性。

Description

耐腐蚀、耐高温、超疏水的聚苯硫醚复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚苯硫醚复合材料技术领域，具体涉及耐腐蚀、耐高温、超疏水的聚苯硫醚复合材料及其制备方法。
背景技术
聚苯硫醚(PPS)是一种新型高性能热塑性树脂，具有机械强度高、耐高温、耐化学药品性等优点，因此被制作成管材、纤维、涂料等被用于各种领域。随着时代的发展，PPS的用途和使用环境变得越来越复杂，因此对PPS的性能要求也越来越高，单一的某种性能往往已经不能满足实际生产的需要，所以研究者们把目光集中到具有多种性能的PPS材料的研发中。
公开号为CN109280387A的专利申请公开聚苯硫醚复合材料及其制备方法，其制得的聚苯硫醚复合材料具有良好的导热性能和力学性能，但是其力学性能仍有待提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术中聚苯硫醚复合材料的力学性能仍有待提高，提供耐腐蚀、耐高温、超疏水的聚苯硫醚复合材料及其制备方法。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题：
耐腐蚀、耐高温、超疏水的聚苯硫醚复合材料，主要由以下质量百分比的原料制成：20％～40％聚苯硫醚树脂、10％～30％改性填料、10％～30％聚四氟乙烯、10％～20％硅烷偶联剂、5％～10％相容剂、5％～10％硬脂酸；
所述改性填料的制备方法包括以下步骤：将羟基硅油、正硅酸四乙酯、二丁基锡二月桂酸、己烷按照质量比为5:1:0.1:100的比例混合搅拌，然后加入无机纳米颗粒搅拌，经过滤、洗涤、烘干，获得改性填料。
有益效果：采用以上质量百分比的原料，各原料之间协同作用，聚苯硫醚复合材料力学性能优异，且具有很高的耐热性、耐腐蚀性和疏水性。
优选地，所述硅烷偶联剂为乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
优选地，所述相容剂为三元乙丙橡胶接枝马来酸酐、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物中的一种或几种。
优选地，所述无机纳米颗粒为TiO2、SiO2、BaSO4、蒙脱土中的一种或多种。
上述耐腐蚀、耐高温、超疏水的聚苯硫醚复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性填料的制备：将羟基硅油、正硅酸四乙酯、二丁基锡二月桂酸、己烷按照质量比为5:1:0.1:100的比例混合搅拌，然后加入无机纳米颗粒搅拌，经过滤、洗涤、烘干，获得改性填料；
(2)将各原料混合、搅拌，得到聚苯硫醚预挤出料，静置、冷却；
(3)将聚苯硫醚预挤出料送入双螺杆挤出机中经挤出、冷却、干燥、造粒后得到改性后的聚苯硫醚复合材料。
有益效果：本发明制备方法简单，获得的聚苯硫醚复合材料具有很高的耐热性、耐腐蚀性和疏水性，在250℃的高温、强酸、强碱的环境中放置7天，甚至一个月，其仍然具有很高的疏水性，同时力学强度也没有明显降低，具有很高的应用前景。
优选地，所述挤出过程分为三段，第一段温度为290～300℃，第二段温度为300～310℃，第三段温度为300～310℃。
优选地，所述双螺杆挤出机中螺杆的长径比为30～40，挤出速度为300～400r/min。
优选地，所述步骤(1)中搅拌速率为300～400r/min，搅拌时间为15～20min。
优选地，所述无机纳米颗粒与己烷的质量比为2:1。
优选地，所述步骤(2)中搅拌速率为1000～1500r/min，搅拌时间为5～10min。
本发明的优点在于：采用以上质量百分比的原料，各原料之间协同作用，聚苯硫醚复合材料力学性能优异，且具有很高的耐热性、耐腐蚀性和疏水性。
本发明制备方法简单，获得的聚苯硫醚复合材料具有很高的耐热性、耐腐蚀性和疏水性，在250℃的高温、强酸、强碱的环境中放置7天，甚至一个月，其仍然具有很高的疏水性，同时力学强度也没有明显降低，具有很高的应用前景。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
耐腐蚀、耐高温、超疏水聚苯硫醚复合材料，其各原料配比如下：聚苯硫醚树脂3kg、改性TiO2 3kg、聚四氟乙烯2kg、硅烷偶联剂1kg、三元乙丙橡胶接枝马来酸酐0.5kg、硬脂酸0.5kg。本实施例中聚苯硫醚树脂的平均分子量为10000，但不仅限于此。
其制备方法如下：
(1)改性填料的制备：将50克羟基硅油、10克正硅酸四乙酯、1克二丁基锡二月桂酸、1000克己烷加入到烧瓶中并以300r/min速度搅拌20分钟使其混合均匀，然后加入2000克TiO2继续搅拌20分钟，最后过滤、洗涤、烘干得到改性TiO2填料。
(2)按照上述配方中的配比称取原料，在高速搅拌机中1000r/min搅拌10min，得到聚苯硫醚预挤出料，静置，自然冷却。
(3)将预挤出料送入双螺杆挤出机中经挤出、冷却、干燥、造粒后得到改性后的聚苯硫醚复合材料。在挤出过程中分为三段，第一段温度控制在290℃，第二段温度控制在300℃，第三段温度控制在300℃，螺杆的长径比为30，挤出速度为300r/min。
本实施例中得到的聚苯硫醚复合材料的水接触角达到了156°，实现了超疏水，在250℃的高温下保持7天和一个月后其水接触角分别为145°和140°，在浓度为1moL/L的盐酸中浸泡7天和一个月后水接触角分别为147°和140°，在浓度为1moL/L的氢氧化钠溶液中浸泡7天和一个月后水接触角分别为146和142°。其具体性能见表1。
实施例2
耐腐蚀、耐高温、超疏水聚苯硫醚复合材料，其各原料配比如下：聚苯硫醚树脂4kg、改性SiO2 2kg、聚四氟乙烯2kg、硅烷偶联剂1kg、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐0.5kg、硬脂酸0.5kg。本实施例中聚苯硫醚树脂的平均分子量为10000，但并不仅限于此。
其制备方法如下：
(1)改性填料的制备：将50克羟基硅油、10克正硅酸四乙酯、1克二丁基锡二月桂酸、1000克己烷加入到烧瓶中并以300r/min速度搅拌20分钟使其混合均匀，然后加入2000克SiO2继续搅拌20分钟，最后过滤、洗涤、烘干得到改性SiO2填料。
(2)按照上述配方中的配比称取原料，在高速搅拌机中1000r/min搅拌10min，得到聚苯硫醚预挤出料，静置，自然冷却。
(3)将预挤出料送入双螺杆挤出机中经挤出、冷却、干燥、造粒后得到改性后的聚苯硫醚复合材料。在挤出过程中分为三段，第一段温度控制在295℃，第二段温度控制在305℃，第三段温度控制在305℃，螺杆的长径比为35，挤出速度为350r/min。
本实施例中得到的聚苯硫醚复合材料的水接触角达到了143°，在250℃的高温下保持7天和一个月后其水接触角分别为134°和130°，在浓度为1moL/L的盐酸中浸泡7天和一个月后水接触角分别为136°和132°，在浓度为1moL/L的氢氧化钠溶液中浸泡7天和一个月后水接触角分别为133和130°。其具体性能见表1。
实施例3
耐腐蚀、耐高温、超疏水聚苯硫醚复合材料，其各原料配比如下：聚苯硫醚树脂3kg；改性BaSO4 3kg；聚四氟乙烯1kg；硅烷偶联剂2kg；乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物0.5kg；硬脂酸0.5kg。本实施例中聚苯硫醚树脂的平均分子量为10000，乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物的熔体流动指数为9g/10min(190℃/2.16kg)，但并不仅限于此。
其制备方法如下：
(1)改性填料的制备：将50克羟基硅油、10克正硅酸四乙酯、1克二丁基锡二月桂酸、1000克己烷加入到烧瓶中并以300r/min速度搅拌20分钟使其混合均匀，然后加入2000克BaSO4继续搅拌20分钟，最后过滤、洗涤、烘干得到改性BaSO4填料。
(2)按照上述配方中的配比称取原料，在高速搅拌机中1000r/min搅拌10min，得到聚苯硫醚预挤出料，静置，自然冷却。
(3)将预挤出料送入双螺杆挤出机中经挤出、冷却、干燥、造粒后得到改性后的聚苯硫醚复合材料。在挤出过程中分为三段，第一段温度控制在300℃，第二段温度控制在310℃，第三段温度控制在310℃，螺杆的长径比为40，挤出速度为400r/min。
本实施例中得到的聚苯硫醚复合材料的水接触角达到了155°，实现了超疏水，在250℃的高温下保持7天和一个月后其水接触角分别为147°和142°，在浓度为1moL/L的盐酸中浸泡7天和一个月后水接触角分别为147°和143°，在浓度为1moL/L的氢氧化钠溶液中浸泡7天和一个月后水接触角分别为145和140°。
实施例4
耐腐蚀、耐高温、超疏水聚苯硫醚复合材料，其各原料配比如下：聚苯硫醚树脂4kg、改性蒙脱土2kg、聚四氟乙烯1kg、硅烷偶联剂2kg、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物0.5kg、硬脂酸0.5kg。本实施例中聚苯硫醚树脂的平均分子量为10000，乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物的熔体流动指数为9g/10min(190℃/2.16kg)，但并不仅限于此。
其制备方法如下：
(1)改性填料的制备：将50克羟基硅油、10克正硅酸四乙酯、1克二丁基锡二月桂酸、1000克己烷加入到烧瓶中并以300r/min速度搅拌20分钟使其混合均匀，然后加入2000克蒙脱土继续搅拌20分钟，最后过滤、洗涤、烘干得到改性蒙脱土填料。
(2)按照上述配方中的配比称取原料，在高速搅拌机中1000r/min搅拌10min，得到聚苯硫醚预挤出料，静置，自然冷却。
(3)将预挤出料送入双螺杆挤出机中经挤出、冷却、干燥、造粒后得到改性后的聚苯硫醚复合材料。在挤出过程中分为三段，第一段温度控制在290℃，第二段温度控制在300℃，第三段温度控制在300℃，螺杆的长径比为30，挤出速度为300r/min。
本实施例中得到的聚苯硫醚复合材料的水接触角达到了145°，在250℃的高温下保持7天和一个月后其水接触角分别为138°和133°，在浓度为1moL/L的盐酸中浸泡7天和一个月后水接触角分别为135°和130°，在浓度为1moL/L的氢氧化钠溶液中浸泡7天和一个月后水接触角分别为135和131°。
对比例1
聚苯硫醚复合材料的各原料配比如下：聚苯硫醚树脂4kg；聚四氟乙烯1kg；硅烷偶联剂2kg；乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物0.5kg；硬脂酸0.5kg。本对比例中聚苯硫醚树脂的平均分子量为10000，乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物的熔体流动指数为9g/10min(190℃/2.16kg)。
其制备方法如下：
(1)按照上述配方中的配比称取原料，在高速搅拌机中1000r/min搅拌10min，得到聚苯硫醚预挤出料，静置，自然冷却。
(2)将预挤出料送入双螺杆挤出机中经挤出、冷却、干燥、造粒后得到改性后的聚苯硫醚复合材料。在挤出过程中分为三段，第一段温度控制在290℃，第二段温度控制在300℃，第三段温度控制在300℃，螺杆的长径比为30，挤出速度为300r/min。
本对比例中得到的聚苯硫醚复合材料的水接触角为127°，在250℃的高温下保持7天和一个月后其水接触角分别为126°和123°，在浓度为1moL/L的盐酸中浸泡7天和一个月后水接触角分别为128°和121°，在浓度为1moL/L的氢氧化钠溶液中浸泡7天和一个月后水接触角分别为123°和119°。
对比例2
聚苯硫醚复合材料的各原料配比如下：聚苯硫醚树脂4kg、改性蒙脱土2kg、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物0.5kg。本对比例中聚苯硫醚树脂的平均分子量为10000，乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物的熔体流动指数为9g/10min(190℃/2.16kg)。
其制备方法如下：
(1)改性填料的制备：将50克羟基硅油、10克正硅酸四乙酯、1克二丁基锡二月桂酸、1000克己烷加入到烧瓶中并以300r/min速度搅拌20分钟使其混合均匀，然后加入2000克蒙脱土继续搅拌20分钟，最后过滤、洗涤、烘干得到改性蒙脱土填料。
(2)按照上述配方中的配比称取原料，在高速搅拌机中1000r/min搅拌10min，得到聚苯硫醚预挤出料，静置，自然冷却。
(3)将预挤出料送入双螺杆挤出机中经挤出、冷却、干燥、造粒后得到改性后的聚苯硫醚复合材料。在挤出过程中分为三段，第一段温度控制在290℃，第二段温度控制在300℃，第三段温度控制在300℃，螺杆的长径比为30，挤出速度为300r/min。
本对比例中在挤出阶段出现堵孔现象，得到的聚苯硫醚复合材料的水接触角为149°，在250℃的高温下保持7天和一个月后其水接触角分别为147°和143°，在浓度为1moL/L的盐酸中浸泡7天和一个月后水接触角分别为119°和115°，在浓度为1moL/L的氢氧化钠溶液中浸泡7天和一个月后水接触角分别为114°和110°。
表1为不同实施例和对比例在不同处理条件下的性能变化
其中拉伸强度测试标准：GB/T 1040-92，水接触角测试标准：GB/T 30693-2014。本发明获得的聚苯硫醚复合材料具有很高的耐热性、耐腐蚀性和疏水性，将聚苯硫醚改性材料做成片材经测试后发现，在250℃的高温、强酸、强碱的环境中放置7天，甚至一个月，其仍然具有很高的疏水性，同时力学强度也没有明显降低，具有很高的应用前景。
对比例1中未加入改性填料，疏水性较差，且力学性能明显降低，对比例2中未加入聚四氟乙烯，力学性能降低，同时在强酸、强碱环境中放置7天，设置一个月，其疏水性明显降低。表明采用本发明各配比的原料之间协同作用，使聚苯硫醚复合材料具有很高的耐热性、耐腐蚀性和疏水性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.耐腐蚀、耐高温、超疏水的聚苯硫醚复合材料，其特征在于：主要由以下质量百分比的原料制成：20％～40％聚苯硫醚树脂、10％～30％改性填料、10％～30％聚四氟乙烯、10％～20％硅烷偶联剂、5％～10％相容剂、5％～10％硬脂酸；
所述改性填料的制备方法包括以下步骤：将羟基硅油、正硅酸四乙酯、二丁基锡二月桂酸、己烷按照质量比为5:1:0.1:100的比例混合搅拌，然后加入无机纳米颗粒搅拌，经过滤、洗涤、烘干，获得改性填料，所述无机纳米颗粒为TiO2、BaSO4、蒙脱土中的一种或多种，所述无机纳米颗粒与己烷的质量比为2:1。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀、耐高温、超疏水的聚苯硫醚复合材料，其特征在于：所述硅烷偶联剂为乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的耐腐蚀、耐高温、超疏水的聚苯硫醚复合材料，其特征在于：所述相容剂为三元乙丙橡胶接枝马来酸酐、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物中的一种或几种。
4.制备如权利要求1所述的耐腐蚀、耐高温、超疏水的聚苯硫醚复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)改性填料的制备：将羟基硅油、正硅酸四乙酯、二丁基锡二月桂酸、己烷按照质量比为5:1:0.1:100的比例混合搅拌，然后加入无机纳米颗粒搅拌，经过滤、洗涤、烘干，获得改性填料，所述无机纳米颗粒为TiO2、BaSO4、蒙脱土中的一种或多种，所述无机纳米颗粒与己烷的质量比为2:1；
(2)将各原料混合、搅拌，得到聚苯硫醚预挤出料，静置、冷却；
(3)将聚苯硫醚预挤出料送入双螺杆挤出机中经挤出、冷却、干燥、造粒后得到改性后的聚苯硫醚复合材料。
5.根据权利要求4所述的制备耐腐蚀、耐高温、超疏水的聚苯硫醚复合材料的方法，其特征在于：所述挤出过程分为三段，第一段温度为290～300℃，第二段温度为300～310℃，第三段温度为300～310℃。
6.根据权利要求5所述的制备耐腐蚀、耐高温、超疏水的聚苯硫醚复合材料的方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机中螺杆的长径比为30～40，挤出速度为300～400r/min。
7.根据权利要求4所述的制备耐腐蚀、耐高温、超疏水的聚苯硫醚复合材料的方法，其特征在于：所述步骤(1)中搅拌速率为300～400r/min，搅拌时间为15～20min。
8.根据权利要求4所述的制备耐腐蚀、耐高温、超疏水的聚苯硫醚复合材料的方法，其特征在于：所述步骤(2)中搅拌速率为1000～1500r/min，搅拌时间为5～10min。
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