CN115505246B - 耐高温耐化学的petg材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了耐高温耐化学的PETG材料，本方案中主要通过PETG与PBT、少量表面接枝有碳纳米纤维的玄武岩纤维复合体相混以大幅提高耐热性能及力学性能，以TPU增加韧性及耐溶剂性，成型的材料集合PBT、TPU、PETG的优点，热变形温度大幅度提升，成本降低，材料的应用范围扩展。

Description

耐高温耐化学的PETG材料

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体涉及耐高温耐化学的PETG材料。

背景技术

PETG简要来说是一种透明塑料，是一种非结晶型共聚酯，它是由对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)、1,4-环己烷二甲醇(CHDM)三种单体进行缩聚的产物，与PET比较多了1,4-环己烷二甲醇共聚单体，与PBTT比多了乙二醇共聚单体，因此，PETG的性能和PET、PBTT大不相同，具有较好的粘性、透明度、颜色、耐化学药剂和抗应力白化能力等，可热成型或挤出吹塑成型，广泛应用于板材、片材、高性能收缩膜、瓶用及异型材等市场。

目前，PETG材料的主要缺点在于耐热性能差，热变形温度在70-75℃，此大幅限制了PETG的应用领域。

对此市面上改进集中在多元共混体系，如与PC等的共混，耐热性能提高有限。或者通过添加纤维或填料等提升耐热性能，常见如玄武岩纤维等，部分为提高玄武岩纤维与聚酯的界面结合力，在玄武岩表面接枝纳米粒子，经市面公开技术显示，在玄武岩纤维等的大量添加下，PETG的耐热性能才可得到显著提升，用量较大，成本增加，需改进。

发明内容

为解决上述至少一个技术缺陷，本发明提供了如下技术方案：

本申请文件公开耐高温耐化学的PETG材料，以质量记，包括以下组分：

PETG 70-75％；

PBT 8-13％；

TPU 3-5％；

表面接枝有碳纳米纤维的玄武岩纤维复合体8-10％；

抗氧剂0.3-0.5％；

润滑剂0.4-0.7％；

增塑剂0.8-1.1％；

增韧剂0.5-1.2％。

本方案中主要通过PETG与PBT、少量表面接枝有碳纳米纤维的玄武岩纤维复合体相混以大幅提高耐热性能及力学性能，以TPU增加韧性及耐溶剂性，成型的材料集合PBT、TPU、PETG的优点，热变形温度大幅度提升，成本降低，材料的应用范围扩展。

进一步，所述表面接枝有碳纳米纤维的玄武岩纤维中玄武岩纤维的长度在0.8-1mm，直径在10-25μm，所述碳纳米纤维的长度在0.2-0.4mm，直径在10-500nm。

进一步，将羧基化处理的碳纳米纤维经偶联剂处理形成氨基化的碳纳米纤维，氨基化的碳纳米纤维接枝在聚多巴胺包覆的玄武岩纤维上形成表面接枝有碳纳米纤维的玄武岩纤维复合体。

进一步，所述氨基化的碳纳米纤维与聚多巴胺包覆的玄武岩纤维质量比为3-5:1。

该方案下以玄武岩纤维为主体，在玄武岩纤维上接枝宏观尺寸的碳纳米纤维为侧臂，该特定构型下有助将周边的聚酯等结合为整体，且从整体来看材料中以复合体形成复杂的多三维网络结构，反应至宏观性能的其一表现为热转化温度大幅度提升。

偶联剂处理形成氨基化的碳纳米纤维一方面有助于聚多巴胺包覆的玄武岩纤维化学结合，另一方面有助提高在聚酯中的分散性。

对于偶联剂而言，如KH550，碳纳米纤维的羧基化处理如以硝酸处理，对于聚多巴胺包覆如将丙酮回流处理的玄武岩纤维与多巴胺在溶剂中混合，干燥即可。

进一步，所述抗氧剂为亚磷酸酯类，所述润滑剂为硬脂酸酯，所述增塑剂为柠檬酸酯类，所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物。

进一步，所述TPU为聚醚型或聚酯型。

进一步，制备时，将PBT、PETG、TPU预干燥，控制水分在0.1％以下，减少干扰。

进一步，将PBT、PETG、TPU、表面接枝有碳纳米纤维的玄武岩纤维复合体、抗氧剂0.3-0.5％、润滑剂0.4-0.7％、增塑剂0.8-1.1％、增韧剂0.5-1.2％混料，之后将混料后的物料螺杆熔融挤出造粒。

进一步，螺杆挤出温度在185-230℃，螺杆转速在320-360r/min。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明改进PETG材料组分配比，以PBT、PETG、TPU三元相混配合表面接枝有碳纳米纤维的玄武岩纤维复合体提升材料耐热性能、耐溶剂性、力学性能等，拓展PETG材料的应用范围。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

以下案例中物料组分：玄武岩纤维：长度在0.8-1mm，直径在10-25μm；

碳纳米纤维：长度在0.2-0.4mm，直径在40-60nm；

抗氧剂：168型；

润滑剂：硬脂酸酯；

增塑剂：TBC；

增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物。

表面接枝有碳纳米纤维的玄武岩纤维复合体(以C-BF简称)的制备：

第一步：将选定的玄武岩纤维放入丙酮溶液中，80℃回流52h以去除纤维原表面的浆料。

第二步：以去离子水配置10mM/L的Tr i s缓冲液，以盐酸调节pH至8.5，将第一步中脱浆后的玄武岩纤维，再加入多巴胺使其浓度为2.5g/L，超声60min，室温搅拌35h，在80℃下干燥形成聚多巴胺包覆的玄武岩纤维。

第三步：将选定的碳纳米纤维加入含体积比1:1的浓硝酸和去离子水的混合溶液中，超声处理1h，之后在60℃下搅拌10h，抽滤洗涤，在60℃真空干燥形成羧基化碳纳米纤维；

将羧基化的碳纳米纤维加入无水乙醇溶液中，超声处理1.5h，在80℃加入KH550硅烷偶联剂，搅拌反应6h，抽滤洗涤，在60℃下干燥，形成氨基化的碳纳米纤维。

第四步：以去离子水配置10mM/L的Tr i s缓冲液，以盐酸调节pH至8.5，加入上述氨基化的碳纳米纤维，超声处理1h，加入上述的聚多巴胺包覆的玄武岩纤维，二者质量为3:1，室温下搅拌48h，在80℃下干燥24h，形成表面接枝有碳纳米纤维的玄武岩纤维复合体。

制备时，将PBT、PETG、TPU预干燥，控制水分在0.1％以下。

同时在玄武岩纤维表面接枝纳米尺寸的碳纳米管，具体参见上述方案，将碳纳米纤维替换为纳米碳纳米管即可，表面接枝有纳米碳纳米管的玄武岩纤维复合体，简称NC-BF。

以下实施例中组分配比参见表1，制备方法如下：

第一步，将PBT、PETG、TPU、表面接枝有碳纳米纤维的玄武岩纤维复合体、抗氧剂、润滑剂、增塑剂、增韧剂置于混料机中混料；

第二步，将混料后的物料螺杆熔融挤出造粒，螺杆挤出温度在185-230℃，螺杆转速在320-360r/min。

表1

注：表中碳纳米纤维指氨基化处理后的，玄武岩纤维指聚多巴胺包覆处理的。

对上述制备的PETG材料进行耐热性能的检测，如表2所示。

表2

注：热变形温度测试(0.45MPa)。

本司通过电镜观测等手段直接可以看出，在材料中部分C-BF上碳纳米纤维伸展明显，部分缠绕在玄武岩纤维上，部分相邻C-BF上碳纳米纤维侧臂存在缠绕的现象。结合表2性能检测，可以认为本C-BF在宏观尺寸上以玄武岩为主体并接枝碳纳米纤维为侧臂的构型将周边三维空间内的聚酯结合为整体，从整体而言，本C-BF在聚酯组分中形成三维大骨架网络，从而提升材料的耐热性能。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.耐高温耐化学的PETG材料，其特征在于，以质量记，包括以下组分：

抗氧剂：168型；润滑剂：硬脂酸酯；增塑剂：TBC；增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物；

所述表面接枝有碳纳米纤维的玄武岩纤维中玄武岩纤维的长度在0.8-1mm，直径在10-25μm，所述碳纳米纤维的长度在0.2-0.4mm，碳纳米纤维直径在40-60nm；

将羧基化处理的碳纳米纤维经偶联剂处理形成氨基化的碳纳米纤维，氨基化的碳纳米纤维接枝在聚多巴胺包覆的玄武岩纤维上形成表面接枝有碳纳米纤维的玄武岩纤维复合体；

所述氨基化的碳纳米纤维与聚多巴胺包覆的玄武岩纤维质量比为3-5:1。

2.如权利要求1所述的耐高温耐化学的PETG材料，其特征在于：所述TPU为聚醚型或聚酯型。

3.如权利要求1所述的耐高温耐化学的PETG材料，其特征在于：制备时，将PBT、PETG、TPU预干燥，控制水分在0.1％以下。

4.如权利要求1所述的耐高温耐化学的PETG材料，其特征在于：将PBT、PETG、TPU、表面接枝有碳纳米纤维的玄武岩纤维复合体、抗氧剂0.3-0.5％、润滑剂0.4-0.7％、增塑剂0.8-1.1％、增韧剂0.5-1.2％混料，之后将混料后的物料螺杆熔融挤出造粒。

5.如权利要求4所述的耐高温耐化学的PETG材料，其特征在于：螺杆挤出温度在185-230℃，螺杆转速在320-360r/min。