[发明专利]一种改性碳纳米管阻燃增强聚酯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料及塑料加工技术领域，具体涉及一种改性碳纳米管阻燃增强聚酯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚酯是由二元醇或多元醇和二元酸或多元酸缩聚而成的高分子化合物的总称，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是聚酯家族中应用最为广泛的两种高分子材料。随着工业生产不断的发展及需要，高分子材料改性产品在高分子材料工业中占有越来越重要的地位。高分子材料改性中物理填充无机物的增强材料有较高的拉伸强度、尺寸稳定性、耐热性及较好的电性能。因此，改性聚酯工程塑料近年来得到了很大发展，并且广泛应用于电子、电器领域。然而一般的电子、电器零部件都具有较高的阻燃要求，因而在不会大幅降低聚酯材料的力学性能的前提下，提高该类材料的阻燃性能是公认的国际难题。

碳纳米管是一种兼具阻燃和增强功能的一维纳米材料。例如中国专利CN103173000A采用碳纳米管作为增强剂，改性聚苯醚和尼龙，以制备高性能纳米复合材料。中国专利CN104845332A将碳纳米管用于阻燃聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丙二醇酯合金。中国专利CN103951846A将碳纳米管作为阻燃抗滴落剂用于聚合物的阻燃改性。中国专利CN104310378A公开了一种碳纳米管表面炔基改性的制备方法，单体可以在碳纳米管表面聚合生成聚合物，从而改善碳纳米管与聚合物的相容性，提高纳米复合材料的力学性能。

然而，由于碳纳米管具有较高的比表面积而极易团聚，在聚合物材料中很难均匀分散，而且二者的界面相互作用力很弱，致使其在复合材料中难以发挥出阻燃、增强等效果。因此，有必要对碳纳米管进行表面改性，以改善其在聚合物基体中的分散性，从而最大限度提高其阻燃、增强功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有聚合物材料制备时存在的碳纳米管在聚合物材料中很难均匀分散等缺陷，提供一种改善碳纳米管与聚酯材料的界面相容性、提高碳纳米管在聚酯基体中的分散性、从而提高复合材料的阻燃和力学性能的改性碳纳米管阻燃增强聚酯复合材料。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述改性碳纳米管阻燃增强聚酯复合材料的制备方法。

本发明的改性碳纳米管阻燃增强聚酯复合材料，其制备原料至少包括31.5～99.4wt％的聚酯、0.1～2wt％的有机膦改性碳纳米管和0.5～5wt％的相容剂；

所述聚酯选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或热塑性聚酯弹性体中的一种或多种；

所述相容剂选自马来酸酐接枝聚烯烃弹性体、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶、马来酸酐接枝聚苯乙烯中的一种或多种；

所述有机膦改性碳纳米管的分子结构式为：

式中，R为乙基或苯基。

所述有机膦改性碳纳米管是采用次膦酰氯对碳纳米管进行表面改性而获得的，具体制备方法为：首先将碳纳米管置于有机溶剂中，加入缚酸剂，在冰浴和氮气条件下，逐滴加入次膦酰氯，滴加完毕后在冰浴和氮气条件下继续反应1～3小时，然后升温至70～90℃，在氮气条件反应12～36小时，最后将所得产物过滤、洗涤、烘干。

所述缚酸剂与次膦酰氯摩尔比为1∶1，次膦酰氯和碳纳米管的质量比为5～20∶1。

所述碳纳米管选自氨基化单壁碳纳米管或氨基化多壁碳纳米管；所述缚酸剂选自三乙胺或吡啶；所述次膦酰氯选自二乙基次膦酰氯或二苯基次膦酰氯；所述溶剂选自四氢呋喃或N，N-二甲基甲酰胺。

作为本发明改性碳纳米管阻燃增强聚酯复合材料的进一步改进，其制备原料还包括0～30wt％的增强剂玻璃纤维、0～20wt％的次磷酸盐、0～10wt％的含氮阻燃剂、0～1wt％的润滑剂和0～0.5wt％的抗氧剂，各组分不同时取零。

所述次磷酸盐选自次磷酸铝、次磷酸镁、次磷酸钙、次磷酸锌、次磷酸镧、次磷酸铈中的一种或多种，所述含氮阻燃剂选自三聚氰胺氰尿酸盐或蜜勒胺，所述润滑剂选自硅酮粉、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸钙中的一种或多种，所述抗氧剂选自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、季戊四醇四(3-正十二烷基硫代丙酸酯)中的一种或多种。

本发明的改性碳纳米管阻燃增强聚酯复合材料的制备方法，将各原料混合均匀，加热至220～265℃，经熔融共混，再经挤出、拉条、冷却、切粒和烘干。

本发明的改性碳纳米管阻燃增强聚酯复合材料及其制备方法，相对于现有技术的有益效果表现在：