一种高分散PBT纳米复合材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种高分散PBT纳米复合材料的制备方法，该方法是指将PBT颗粒、无机纳米粒子、抗氧化剂和偶联剂加入到行星球磨机中，在转速为300~500rpm的条件下进行循环球磨，0.5~15h后得到复合粉料；所述复合粉料经双螺杆挤出机于215~235℃挤出造粒后在235℃下注射成型即得高分散PBT纳米复合材料。本发明不但工艺简单、生产周期短，而且效率高、产品产量大，同时无环境污染，有效地改善了无机纳米粒子与PBT的界面相容性，最终使PBT纳米复合材料的物理化学性能得到改善。

权利要求

1.一种高分散PBT纳米复合材料的制备方法，其特征在于：该方法是指将PBT颗粒、无机纳米粒子、抗氧化剂和偶联剂按4：1 10：1的球料质量比加入到行星球磨机中，在转速为300~

500rpm的条件下进行循环球磨，0.5 15h后得到复合粉料；所述复合粉料经双螺杆挤出机~ ~于215 235℃挤出造粒后在235℃下注射成型即得高分散PBT纳米复合材料；所述无机纳米~粒子的用量为所述PBT颗粒质量的1% 20%，所述抗氧化剂的用量为所述PBT颗粒质量的0.1%~

0.5%，所述偶联剂的用量为所述无机纳米粒子质量的1% 10%；所述行星球磨机中采用直径~ ~为6mm的GGr15钢球和直径为10mm的GGr15钢球，且大小钢球的个数比为2：1 1：5；所述无机~纳米粒子是指平均粒径为20 50nm的纳米三氧化二锑粒子；所述抗氧剂是指四[β-(3，5-二~叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；所述偶联剂是指γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

2.如权利要求1所述的一种高分散PBT纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述行星球磨机循环方式为正转6min，停止3 min，反转6 min。

说明书

一种高分散PBT纳米复合材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及无机纳米粒子在聚合物复合材料中高分散的技术领域，尤其涉及一种高分散PBT纳米复合材料的制备方法。

背景技术

[0002] 对无机物/聚合物纳米复合材料而言，无机纳米粒子在聚合物基体材料的分散是影响纳米复合材料性能的重要因素。如果能将无机纳米粒子较好地分散在聚合物基体中，两者之间将形成强的相互作用界面，从而改善无机物/聚合物纳米复合材料的力学性能和光学性能。然而， 由于纳米粒子粒径小、比表面积大、高表面能和高表面活性，很容易在聚合物基体中形成团聚体，其应用受到了很大的限制。目前，改善纳米粒子在聚合物基体中分散性的方法主要有原位聚合、熔融共混和对纳米粒子的表面进行处理等方法。然而，当纳米粒子在聚合物中的添加量超过5%时，这些传统的分散方法很难获得均匀分散的复合材料。此外，在制备复合材料的过程中，这些方法主要是在溶液和熔融状态下完成的，就不可避免地造成了环境污染和生产成本高等问题。尤其对一些加工温度敏感的聚合物比如PBT，在用传统方法分散时易分解而造成复合材料性能的降低。

[0003] 高能球磨分散法是一种固态方法，在制备复合材料过程中无需使用助剂和考虑聚合物的溶解或熔融问题，是制备聚合物纳米复合材料的一种高效且绿色环保的新方法。高能球磨过程中的机械力化学效应可诱发组元之间发生物理和化学反应来改善组元之间的分散均匀性以及相容性，进而改善复合材料的性能，因此，其被广泛用于制备金属及合金材料、非晶材料、纳米材料、陶瓷材料、复合材料等。

[0004] 目前，高能球磨在聚合物领域中的应用则比较少，主要用于制备聚合物合金和聚合物废弃物的回收利用，而在制备聚合物/无机纳米复合材料的研究则比较少。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、无污染的高分散PBT纳米复合材料的制备方法。

[0006] 为解决上述问题，本发明所述的一种高分散PBT纳米复合材料的制备方法，其特征在于：该方法是指将PBT颗粒、无机纳米粒子、抗氧化剂和偶联剂按4：1 10：1的球料质量比~加入到行星球磨机中，在转速为300 500rpm的条件下进行循环球磨，0.5 15h后得到复合粉~ ~
料；所述复合粉料经双螺杆挤出机于215 235℃挤出造粒后在235℃下注射成型即得高分散~
PBT纳米复合材料；所述无机纳米粒子的用量为所述PBT颗粒质量的1% 20%，所述抗氧化剂~
的用量为所述PBT颗粒质量的0.1% 0.5%，所述偶联剂的用量为所述无机纳米粒子质量的1%~
10%。
~

[0007] 所述行星球磨机中采用直径为6mm的GGr15钢球和直径为10mm的GGr15钢球，且大小钢球的个数比为2：1 1：5。~

[0008] 所述行星球磨机循环方式为正转6min，停止3 min，反转6 min。

[0009] 所述无机纳米粒子是指平均粒径为20 50nm的纳米三氧化二锑粒子、纳米二氧化~硅粒子、纳米碳酸钙粒子中的任意一种。

[0010] 所述抗氧剂是指四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。

[0011] 所述偶联剂是指γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

[0012] 本发明与现有技术相比具有以下优点：

[0013] 1、本发明采用高能球磨法将PBT颗粒和无机纳米粒子均匀混合，在球磨过程中由机械力化学效应，实现无机纳米粒子在PBT基体中的均匀分散，同时也有效地改善了无机纳米粒子与PBT的界面相容性，最终使PBT纳米复合材料的物理化学性能得到改善。

[0014] 用TM3030扫描电镜的背散射电子观察实施例5中纳米三氧化二锑在PBT基体中的分散性（参见图1），从图可以看出纳米三氧化二锑粒子的平均粒径在40nm左右，且在PBT基体中具有较好的分散性，说明本发明能够克服纳米粒子在聚合物基体中的团聚现象，得到分散均匀的纳米复合材料。图2为实施例5的拉伸断口形貌，由图中可以看出断口表面出现了拉丝现象，说明在球磨分散过程中，纳米三氧化二锑粒子与PBT获得了较好的界面相容性。

[0015] 2、本发明不但工艺简单、生产周期短，而且效率高、产品产量大，同时无环境污染。

附图说明

[0016] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

[0017] 图1为本发明所得PBT纳米复合材料的背散射电子扫描电镜图。

[0018] 图2为本发明所得PBT纳米复合材料拉伸断口的扫描电镜图。

具体实施方式

[0019] 实施例1 一种高分散PBT纳米复合材料的制备方法，该方法是指将PBT颗粒、无机纳米粒子、抗氧化剂和偶联剂按4：1的球料质量比加入到行星球磨机中，在转速为500rpm的条件下进行循环球磨，0.5h后得到复合粉料；复合粉料经双螺杆挤出机于215 235℃挤出造~粒后在235℃下注射成型即得高分散PBT纳米复合材料。

[0020] 其中：无机纳米粒子的用量为PBT颗粒质量的5%，抗氧化剂的用量为PBT颗粒质量的0.1%，偶联剂的用量为无机纳米粒子质量的10%。

[0021] 行星球磨机中采用直径为6mm的GGr15钢球40颗（每个球重0.8g）和直径为10mm的GGr15钢球20颗（每个球重4.0g）。

[0022] 行星球磨机循环方式为正转6min，停止3 min，反转6 min。

[0023] 无机纳米粒子是指平均粒径为20 50nm的纳米三氧化二锑粒子。~

[0024] 抗氧剂是指四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯（抗氧剂1010）。

[0025] 偶联剂是指γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）。

[0026] 实施例2 一种高分散PBT纳米复合材料的制备方法，该方法是指将PBT颗粒、无机纳米粒子抗氧化剂和偶联剂按4：1的球料质量比加入到行星球磨机中，在转速为500rpm的条件下进行循环球磨，1.0h后得到复合粉料；复合粉料双螺杆挤出机于215 235℃挤出造粒~后在235℃下注射成型即得高分散PBT纳米复合材料。

[0027] 其中：无机纳米粒子的用量为PBT颗粒质量的5%，抗氧化剂的用量为PBT颗粒质量的0.1%，偶联剂的用量为无机纳米粒子质量的10%。

[0028] 行星球磨机中钢球同实施例1。

[0029] 行星球磨机循环方式同实施例1。

[0030] 无机纳米粒子、抗氧剂、偶联剂同实施例1。

[0031] 实施例3 一种高分散PBT纳米复合材料的制备方法，该方法是指将PBT颗粒、无机纳米粒子、抗氧化剂和偶联剂按4：1的球料质量比加入到行星球磨机中，在转速为500rpm的条件下进行循环球磨，3.0h后得到复合粉料；复合粉料经双螺杆挤出机于215 235℃挤出造~粒后在235℃下注射成型即得高分散PBT纳米复合材料。

[0032] 其中：无机纳米粒子的用量为PBT颗粒质量的5%，抗氧化剂的用量为PBT颗粒质量的0.1%，偶联剂的用量为无机纳米粒子质量的10%。

[0033] 行星球磨机中钢球同实施例1。

[0034] 行星球磨机循环方式同实施例1。

[0035] 无机纳米粒子、抗氧剂、偶联剂同实施例1。

[0036] 实施例4 一种高分散PBT纳米复合材料的制备方法，该方法是指将PBT颗粒、无机纳米粒子、抗氧化剂和偶联剂按4：1的球料质量比加入到行星球磨机中，在转速为500rpm的条件下进行循环球磨，6.0h后得到复合粉料；复合粉料经双螺杆挤出机于215 235℃挤出造~粒后在235℃下注射成型即得高分散PBT纳米复合材料。

[0037] 其中：无机纳米粒子的用量为PBT颗粒质量的5%，抗氧化剂的用量为PBT颗粒质量的0.1%，偶联剂的用量为无机纳米粒子质量的10%。

[0038] 行星球磨机中钢球同实施例1。

[0039] 行星球磨机循环方式同实施例1。

[0040] 无机纳米粒子、抗氧剂、偶联剂同实施例1。

[0041] 实施例5 一种高分散PBT纳米复合材料的制备方法，该方法是指将PBT颗粒、无机纳米粒子、抗氧化剂和偶联剂按4：1的球料质量比加入到行星球磨机中，在转速为500rpm的条件下进行循环球磨，10h后得到复合粉料；复合粉料经双螺杆挤出机于215 235℃挤出造~粒后在235℃下注射成型即得高分散PBT纳米复合材料。

[0042] 其中：无机纳米粒子的用量为PBT颗粒质量的5%，抗氧化剂的用量为PBT颗粒质量的0.1%，偶联剂的用量为无机纳米粒子质量的10%。

[0043] 行星球磨机中钢球同实施例1。

[0044] 行星球磨机循环方式同实施例1。

[0045] 无机纳米粒子、抗氧剂、偶联剂同实施例1。

[0046] 实施例6 一种高分散PBT纳米复合材料的制备方法，该方法是指将PBT颗粒、无机纳米粒子、抗氧化剂和偶联剂按4：1的球料质量比加入到行星球磨机中，在转速为400rpm的条件下进行循环球磨，10h后得到复合粉料；复合粉料经双螺杆挤出机于215 235℃挤出造~粒后在235℃下注射成型即得高分散PBT纳米复合材料。

[0047] 其中：无机纳米粒子的用量为PBT颗粒质量的5%，抗氧化剂的用量为PBT颗粒质量的0.1%，偶联剂的用量为无机纳米粒子质量的10%。

[0048] 行星球磨机中钢球同实施例1。

[0049] 行星球磨机循环方式同实施例1。

[0050] 无机纳米粒子、抗氧剂、偶联剂同实施例1。

[0051] 实施例7 一种高分散PBT纳米复合材料的制备方法，该方法是指将PBT颗粒、无机纳米粒子、抗氧化剂和偶联剂按4：1的球料质量比加入到行星球磨机中，在转速为400rpm的条件下进行循环球磨，10h后得到复合粉料；复合粉料经双螺杆挤出机于215 235℃挤出造~粒后在235℃下注射成型即得高分散PBT纳米复合材料。

[0052] 其中：无机纳米粒子的用量为PBT颗粒质量的10%，抗氧化剂的用量为PBT颗粒质量的0.1%，偶联剂的用量为无机纳米粒子质量的10%。

[0053] 行星球磨机中钢球同实施例1。

[0054] 行星球磨机循环方式同实施例1。

[0055] 无机纳米粒子、抗氧剂、偶联剂同实施例1。

[0056] 实施例8 一种高分散PBT纳米复合材料的制备方法，该方法是指将PBT颗粒、无机纳米粒子、抗氧化剂和偶联剂按4：1的球料质量比加入到行星球磨机中，在转速为500rpm的条件下进行循环球磨，10h后得到复合粉料；复合粉料经双螺杆挤出机于215 235℃挤出造~粒后在235℃下注射成型即得高分散PBT纳米复合材料。

[0057] 其中：无机纳米粒子的用量为PBT颗粒质量的18%，抗氧化剂的用量为PBT颗粒质量的0.1%，偶联剂的用量为无机纳米粒子质量的10%。

[0058] 行星球磨机中钢球同实施例1。

[0059] 行星球磨机循环方式同实施例1。

[0060] 无机纳米粒子、抗氧剂、偶联剂同实施例1。

[0061] 实施例9 一种高分散PBT纳米复合材料的制备方法，该方法是指将PBT颗粒、无机纳米粒子、抗氧化剂和偶联剂按10：1的球料质量比加入到行星球磨机中，在转速为300rpm的条件下进行循环球磨，15h后得到复合粉料；复合粉料经双螺杆挤出机于215 235℃挤出~造粒后在235℃下注射成型即得高分散PBT纳米复合材料。

[0062] 其中：无机纳米粒子的用量为PBT颗粒质量的1%，抗氧化剂的用量为PBT颗粒质量的0.5%，偶联剂的用量为无机纳米粒子质量的1%。

[0063] 行星球磨机中采用直径为6mm的GGr15钢球和直径为10mm的GGr15钢球，且大小钢球的个数比为1：5。

[0064] 行星球磨机循环方式为正转6min，停止3 min，反转6 min。

[0065] 无机纳米粒子是指平均粒径为20 50nm的纳米二氧化硅粒子。~

[0066] 抗氧剂是指四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯（抗氧剂1010）。

[0067] 偶联剂是指γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）。

[0068] 实施例10 一种高分散PBT纳米复合材料的制备方法，该方法是指将PBT颗粒、无机纳米粒子、抗氧化剂和偶联剂按7：1的球料质量比加入到行星球磨机中，在转速为300rpm的条件下进行循环球磨，1.0h后得到复合粉料；复合粉料经双螺杆挤出机于215 235℃挤出造~粒后在235℃下注射成型即得高分散PBT纳米复合材料。

[0069] 其中：无机纳米粒子的用量为PBT颗粒质量的20%，抗氧化剂的用量为PBT颗粒质量的0.3%，偶联剂的用量为无机纳米粒子质量的5%。

[0070] 行星球磨机中采用直径为6mm的GGr15钢球和直径为10mm的GGr15钢球，且大小钢球的个数比为1.5：3。

[0071] 行星球磨机循环方式为正转6min，停止3 min，反转6 min。

[0072] 无机纳米粒子是指平均粒径为20 50nm的纳米碳酸钙粒子。~

[0073] 抗氧剂是指四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯（抗氧剂1010）。

[0074] 偶联剂是指γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）。