[发明专利]一种硅藻土/聚醚醚酮复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种硅藻土/聚醚醚酮复合材料及其制备方法。

技术背景

硅藻土是在海洋或湖泊中生长的硅藻类的残骸在水底沉积、经过自然环境的作用，慢慢形成的一种非金属矿物。它属于硅酸盐类物质，具有很好的稳定性，耐热、耐酸，密度及松散密度小，吸附性、分散性、悬浮性好，耐磨性和电绝缘性好，可溶盐含量低，比表面积大，它是一种多孔材料，主要成分是SiO₂。以其作为塑料、橡胶及涂料的增强剂及改性剂，取得了良好的应用效果。

聚醚醚酮(PEEK)是一种开发成功只有几十年的新型热塑性特种工程塑料，具有优异的综合性能，如高强度、高模量、高断裂韧性、耐高温、耐腐蚀、自润滑耐磨性能以及优良的成型加工性能，在工程领域中表现出了巨大的应用潜力，受到材料研究者的广泛关注。研究对象主要集中在聚醚醚酮高分子合金、无机填料填充改性、碳纤或玻璃纤维增强复合材料等方面。目前大部分在聚醚醚酮中填充无机粉体或者纤维都是利用熔融挤出共混的方式。但是由于聚醚醚酮的熔体黏度较大，无机填料具有明显的团聚现象。因此无机填料在聚醚醚酮熔体中难以分散均匀，这将会影响其对聚醚醚酮的改性效果。超声分散、机械分散和对无机填料表面进行改性，是解决分散性的常用方法，但是这些方法对于熔体黏度较大的聚合物效果并不明显。

采用原位聚合制备复合材料是解决上述问题的一个有效方法，已有一些文献报道。专利CN1743374A中报道了一种聚酯/介孔分子筛复合材料及其制备方法，通过原位聚合使粒子内外都被聚合物包覆，实现了聚酯与分子筛界面很好的结合，形成具有无机―有机互穿网络结构的高性能的聚酯/介孔分子筛复合材料，该复合材料的熔体结晶温度、结晶度、玻璃化转变温度及弯曲强度、储能模量、弹性模量等性能明显提高。目前还没有通过原位聚合制备硅藻土/聚醚醚酮复合材料的相关报道。

发明内容

本发明主要是利用原位聚合的方式解决无机填料在聚醚醚酮中分散不均，易发生团聚现象的问题，并促使聚醚醚酮树脂充分进入到硅藻土孔道内部。本发明为多孔材料填充聚醚醚酮或其他高熔体粘度的聚合物提供了新的思路与方法。这种利用原位聚合将多孔材料硅藻土与聚醚醚酮复合的方法，为聚醚醚酮的改性提供了一种新的思路。硅藻土是多孔物质，原位聚合能让聚合物进入硅藻土的孔道，受力时硅藻土成为应力集中点，同时减少多孔物质填充高熔体粘度聚合物存在的缺陷，使得复合材料的力学性能得到明显提高，同时也能够很好地解决硅藻土在高熔体粘度聚醚醚酮中的分散不均及团聚等问题。

本发明的具体步骤为：

(1)将硅藻土分别加入到酸溶液和弱碱性溶液中搅拌，然后依次用蒸馏水和乙醇洗涤后烘干备用；

(2)将二苯砜与步骤(1)中得到的硅藻土依次加入到反应装置中，抽真空后通氮气，并重复抽真空和通氮气过程3～5次；

(3)将步骤(2)中的混合物在氮气保护下加热，待二苯砜全部融化后，在搅拌下加入碱，4,4'-二氟二苯甲酮，在125～135℃时加入对苯二酚，最后加入二甲苯，然后升温到170～190℃带水反应1～2小时，放出部分水和二甲苯，升温至210～230℃带水反应0.5～1小时，最后放出所有的水和二甲苯，加料和带水反应过程需氮气保护；

(4)将步骤(3)得到的反应体系升温至240～260℃反应0.5～2小时，再升温至280～290℃反应0.5～2小时，最后在310～320℃根据聚合物粘度反应1～3小时，整个反应过程需通氮气保护。最后出料、粉碎、用丙酮和水洗涤若干次、干燥得到硅藻土/聚醚醚酮复合材料。

步骤(1)中所述的硅藻土为煅烧硅藻土，其中SiO₂的质量含量大于90％，粒径5～20μm；

步骤(1)中所述硅藻土加入量为5.76～86.4g硅藻土/286～290g聚醚醚酮，聚醚醚酮按理论生成量计算；

步骤(1)中所述的酸溶液为稀硫酸溶液，其pH范围是1～3，所述的弱碱性溶液是Na₂CO₃或K₂CO₃稀溶液，其pH范围是8～9；

步骤(2)中所述的二苯砜加入量根据硅藻土加入量而定，当硅藻土加入量为5.76～28.8g时，二苯砜加入量为800～900g，当硅藻土加入量为28.8～86.4g时，二苯砜加入量为900～1100g；