一種納米二氧化硅改性pbt復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種高分子復(fù)合材料的制備技術(shù)，特別涉及一種PBT復(fù)合材料的制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] PBT(Poly_butylene Terephthalate，即：聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯）是由對(duì)苯二甲 酸和丁二醇聚縮合而成的一種聚酯聚合物，是一種在工業(yè)上具有重要用途的熱塑性工程塑 料，可用于制作電子產(chǎn)品的塑料外殼、汽車零部件等。PBT具有吸水率低、電絕緣性好、耐老 化性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，但也存在著成型收縮率偏大的缺點(diǎn)，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。為 了克服這種缺點(diǎn)，可將二氧化硅粉體、玻璃纖維等無(wú)機(jī)剛性填料添加到TOT中制成TOT復(fù)合 材料。但無(wú)機(jī)的二氧化硅與有機(jī)的PBT共混復(fù)合改性時(shí)，存在復(fù)合材料內(nèi)部的界面結(jié)合性不 高的問(wèn)題，從而影響PBT/二氧化硅復(fù)合材料的力學(xué)性能。
[0003] 納米二氧化硅是粒徑在納米尺度的粉體，與普通二氧化硅粉體相比，納米二氧化 硅粒徑很小、比表面積更大、其表面具有更多的硅羥基。眾所周知，當(dāng)顆粒的直徑減小到納 米尺度范圍時(shí)，隨著粒徑減小，比表面積和表面原子數(shù)迅速增加，這稱之為納米粒子的表面 效應(yīng)。隨著顆粒尺寸變小的量變，在一定條件下會(huì)引起顆粒性質(zhì)的質(zhì)變。由于顆粒尺寸變小 所引起的光學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)、磁學(xué)等宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)?；诩{米粒子的 表面效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)，與普通二氧化硅粉體相比，納米二氧化硅表面的硅羥基有更易于 與其他物質(zhì)發(fā)生一定的反應(yīng)作用。將納米二氧化硅在催化劑和超聲波作用下與帶多個(gè)羥基 的有機(jī)酸發(fā)生反應(yīng)，以對(duì)納米二氧化硅進(jìn)行改性處理，再將改性后的納米二氧化硅、PBT在 擠出機(jī)中熔融共混，以增強(qiáng)無(wú)機(jī)的納米二氧化硅與有機(jī)的TOT的界面結(jié)合從而改善PBT的性 能，這樣的研究目前尚未見(jiàn)諸報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種在PBT中添加改性納米二氧化硅的復(fù)合材料的制備方 法，利用該方法制備出的PBT復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能。
[0005] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的： 一種納米二氧化硅改性PBT復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 第一步，按質(zhì)量比，納米二氧化硅:二羥甲基丙酸:對(duì)甲苯磺酸:二甲基乙酰胺=1〇〇: (30 ~60) : (2~4) : (200~300)，將述組分稱量后加入到容器中在超聲波作用下室溫?cái)嚢?.5~ 1小時(shí)，再在氮?dú)獗Ｗo(hù)下于120~140 °C在超聲波作用下攪拌反應(yīng)6~8小時(shí)，得到的產(chǎn)物在去 離子水中沉淀，將得到的沉淀用無(wú)水乙醇洗滌后干燥，得到改性納米二氧化硅； 第二步，按質(zhì)量比，PBT:改性納米二氧化硅=100: (0.1~5)，將上述組分稱量后加入雙 螺桿擠出機(jī)中在250~280°C的加工溫度下熔融共混擠出，得到納米二氧化硅改性PBT復(fù)合 材料。
[0006] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)： 本發(fā)明制備改性納米二氧化硅時(shí)，利用納米二氧化硅比表面積大、表面上有較多硅羥 基的特點(diǎn)，將納米二氧化硅在對(duì)甲苯磺酸(催化劑)和超聲波的作用下與二羥甲基丙酸(一 種帶有多個(gè)羥基的有機(jī)酸)發(fā)生反應(yīng)，使納米二氧化硅表面上具有的較多硅羥基與二羥甲 基丙酸上的羧基發(fā)生反應(yīng)，二羥甲基丙酸上的兩個(gè)羥基又可以繼續(xù)與其它二羥甲基丙酸分 子上的羧基繼續(xù)發(fā)生超支化聚合反應(yīng)形成聚酯分子鏈，以對(duì)納米二氧化硅表面進(jìn)行超支化 形式的有機(jī)化改性處理，再將改性后的納米二氧化硅、PBT在擠出機(jī)中熔融共混，利用在納 米二氧化硅表面接枝-超支化形式的聚酯分子鏈與PBT這種聚酯的較好相容性，以增強(qiáng)無(wú)機(jī) 的納米二氧化硅與有機(jī)的TOT的界面結(jié)合，從而使制得的添加改性納米二氧化硅的PBT復(fù)合 材料具有良好的力學(xué)性能。
[0007] 本發(fā)明制得的添加改性納米二氧化硅的PBT復(fù)合材料，可用于加工制成剛硬性等 力學(xué)性能良好的塑料風(fēng)扇葉片、電子產(chǎn)品的零部件等制品，可拓展PBT的應(yīng)用范圍。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 下面通過(guò)具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0009] 實(shí)施例1 一種納米二氧化硅改性PBT復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟： 第一步，按質(zhì)量比，納米二氧化硅:二羥甲基丙酸:對(duì)甲苯磺酸:二甲基乙酰胺=100:50: 3: 300，將述組分稱量后加入到容器中在超聲波作用下室溫?cái)嚢?.5小時(shí)，再在氮?dú)獗Ｗo(hù)下 于130°C在超聲波作用下攪拌反應(yīng)7小時(shí)，得到的產(chǎn)物在去離子水中沉淀，將得到的沉淀用 無(wú)水乙醇洗滌后干燥，得到改性納米二氧化硅； 第二步，按質(zhì)量比，PBT:改性納米二氧化硅=100:1，將上述組分稱量后加入雙螺桿擠出 機(jī)中，在從進(jìn)料口到出料口的溫度依次設(shè)置為250°C-260°C-270°C-280°C的條件下熔融共 混擠出，得到納米二氧化硅改性PBT復(fù)合材料。
[0010] 實(shí)施例2 一種納米二氧化硅改性PBT復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟： 第一步，按質(zhì)量比，納米二氧化硅:二羥甲基丙酸:對(duì)甲苯磺酸:二甲基乙酰胺=100:60: 4: 300，將述組分稱量后加入到容器中超聲波作用下室溫?cái)嚢?.5小時(shí)，再在氮?dú)獗Ｗo(hù)下于 120°C超聲波作用下攪拌反應(yīng)8小時(shí)，得到的產(chǎn)物在去離子水中沉淀，將得到的沉淀用無(wú)水 乙醇洗滌后干燥，得到改性納米二氧化硅； 第二步，按質(zhì)量比，PBT:改性納米二氧化硅=100:0.1，將上述組分稱量后加入雙螺桿擠 出機(jī)中，在從進(jìn)料口到出料口的溫度依次設(shè)置為250 °C -260 °C -270 °C -280 °C的條件下熔融 共混擠出，得到納米二氧化硅改性PBT復(fù)合材料。
[0011] 實(shí)施例3 一種納米二氧化硅改性PBT復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟： 第一步，按質(zhì)量比，納米二氧化硅:二羥甲基丙酸:對(duì)甲苯磺酸:二甲基乙酰胺=100:30: 2:250,將述組分稱量后加入到容器中超聲波作用下室溫?cái)嚢?小時(shí)，再在氮?dú)獗Ｗo(hù)下于140 °(：超聲波作用下攪拌反應(yīng)6小時(shí)，得到的產(chǎn)物在去離子水中沉淀，將得到的沉淀用無(wú)水乙醇 洗滌后干燥，得到改性納米二氧化硅； 第二步，按質(zhì)量比，PBT:改性納米二氧化硅=100:2，將上述組分稱量后加入雙螺桿擠出 機(jī)中，在從進(jìn)料口到出料口的溫度依次設(shè)置為250°C-260°C-275°C-280°C的條件下熔融共 混擠出，得到納米二氧化硅改性PBT復(fù)合材料。
[0012] 實(shí)施例4 一種納米二氧化硅改性PBT復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟： 第一步，按質(zhì)量比，納米二氧化硅:二羥甲基丙酸:對(duì)甲苯磺酸:二甲基乙酰胺=100:45: 3: 200，將述組分稱量后加入到容器中超聲波作用下室溫?cái)嚢?.5小時(shí)，再在氮?dú)獗Ｗo(hù)下于 135°C超聲波作用下攪拌反應(yīng)7小時(shí)，得到的產(chǎn)物在去離子水中沉淀，將得到的沉淀用無(wú)水 乙醇洗滌后干燥，得到改性納米二氧化硅； 第二步，按質(zhì)量比，PBT:改性納米二氧化硅=100:5，將上述組分稱量后加入雙螺桿擠出 機(jī)中，在從進(jìn)料口到出料口的溫度依次設(shè)置為250°C-265°C-275°C-280°C的條件下熔融共 混擠出，得到納米二氧化硅改性PBT復(fù)合材料。
[0013] 對(duì)比例1 按質(zhì)量比，PBT:未改性的納米二氧化硅=100:1，將上述組分稱量混合，得到混合料，將 混合料加入雙螺桿擠出機(jī)中，在從進(jìn)料口到出料口的溫度依次設(shè)置為250°C-260°C-270°C-280°C的條件下熔融共混擠出，得到未改性處理的PBT/納米二氧化硅復(fù)合材料。
[0014] 性能評(píng)價(jià)方式及實(shí)行標(biāo)準(zhǔn):將實(shí)施例1~4及對(duì)比例1的材料制成試樣，分別按ASTM D790標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試彎曲強(qiáng)度、按ASTM D638標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度、按ASTM D256標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試沖擊強(qiáng)度。 上述測(cè)試的結(jié)果見(jiàn)表1。
[0015]從表1的力學(xué)性能數(shù)據(jù)可以看到，在PBT、納米二氧化硅的配比相同的情況下，與未 改性處理的TOT/納米二氧化硅復(fù)合材料(對(duì)比例1)相比，將改性后的納米二氧化硅添加到 PBT中制成的復(fù)合材料(實(shí)施例1)的彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度均更好;實(shí)施例2~4均具 有良好的力學(xué)性能。這說(shuō)明：對(duì)納米二氧化硅進(jìn)行這種改性處理后有利于提高TOT/納米二 氧化硅復(fù)合材料的力學(xué)性能，使制得的添加改性納米二氧化硅的PBT復(fù)合材料的力學(xué)性能 良好。
[0016]表1實(shí)施例1~4及對(duì)比例1的性能測(cè)試結(jié)果


【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種納米二氧化硅改性PBT復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 第一步，按質(zhì)量比，納米二氧化硅:二羥甲基丙酸:對(duì)甲苯磺酸:二甲基乙酰胺=1〇〇: (30 ~60): (2~4) :(200~300)，將述組分稱量后加入到容器中超聲波作用下室溫?cái)嚢?.5~1 小時(shí)，再在氮?dú)獗Ｗo(hù)下于120~140 °C超聲波作用下攪拌反應(yīng)6~8小時(shí)，得到的產(chǎn)物在去離 子水中沉淀，將得到的沉淀用無(wú)水乙醇洗滌后干燥，得到改性納米二氧化硅； 第二步，按質(zhì)量比，PBT:改性納米二氧化硅=100: (0.1~5)，將上述組分稱量后加入雙 螺桿擠出機(jī)中在250~280°C的加工溫度下熔融共混擠出，得到納米二氧化硅改性PBT復(fù)合 材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種納米二氧化硅改性PBT復(fù)合材料的制備方法，先將納米二氧化硅在對(duì)甲苯磺酸的作用下二羥甲基丙酸發(fā)生反應(yīng)得到改性納米二氧化硅，再將改性納米二氧化硅和PBT加到擠出機(jī)中熔融共混制成納米二氧化硅改性PBT復(fù)合材料。本發(fā)明制備的納米二氧化硅改性PBT復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能，可用于加工制成剛硬性等力學(xué)性能良好的塑料風(fēng)扇葉片、電子產(chǎn)品的零部件等制品品，可拓展PBT的應(yīng)用范圍。
【IPC分類】C08K3/36, C08K9/04, C08L67/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105713358
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610321143
【發(fā)明人】楊曉明
【申請(qǐng)人】陜西理工學(xué)院