[发明专利]一种聚对苯二甲酸丁二酯/层状硅酸盐纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)的复合材料，特别涉及一种由PBT与无机硅酸盐组成的纳米复合材料。

PBT是一种综合性能优良的聚合物，具有高强度，刚度与绝缘性。PBT作为性能优越的工程塑料，主要用于汽车，家电，办公自动化设备的各种部件及电气与计算机的精密接插件中。由于其热变形温度低(约70℃)，限制了其应用范围。

专利JP06107927报道了用SiO₂，滑石粉，粘土，玻纤填充PBT，以增加其冲击性与阻燃性。但是，所得共混复合物的机械性能与加工性能都不够高。

专利JP04335058报道了利用硅灰石填充PBT，机械共混充填时，由于熔体共混填充复合能耗高，易降解，设备磨损大，所得复合材料的物理力学性能不尽满意，且透明性丧失。中国科学院化学所发明的原位插层共聚复合技术制备聚酰胺/粘土层状硅酸盐纳米复合材料(中国专利公开号CN1138593A)和聚酯/层状硅酸盐纳米复合材料(中国专利申请号97104055.9)，从根本上克服了机械共混的上述缺点，使无机填料的刚性，耐热性与有机聚合物的韧性，可加工性在纳米尺度上达到满意的复合。

本发明的目的是提供一种聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)/层状硅酸盐纳米复合材料。

本发明的另一目的是提供上述纳米复合材料的制备方法。

本发明的聚对苯二甲酸丁二酯/层状硅酸盐纳米复合材料是通过原位共聚制备的。原位共聚是指层状硅酸盐经过插层剂的插层反应后，作为第三单体与聚酯单体在聚合反应器内进行的共聚反应，层状硅酸盐在反应中解离成纳米粒子并均匀分散于聚酯基体中。得到聚对苯二甲酸丁二酯/层状硅酸盐纳米复合材料。这种复合材料的聚酯(PBT)有两种合成方法，方法一，间接酯化法(即酯交换法)，所用单体为二元酸二甲酯，如，对苯二甲酸二甲酯(DMT)等和二元醇，如，1，4-丁二醇(BD)等。方法二，直接酯化法，所用单体为二元酸，如，对苯二甲酸(PTA)等和二元醇，如，1，4-丁二醇(BD)等。

本发明的聚对苯二甲酸丁二酯/层状硅酸盐纳米复合材料包括如下的组份和含量(重量份)如下：

方法一(间接酯化法)：

         二元酸二甲酯           30-100

         二元醇                 30-100

         层状硅酸盐             0.5-50(较佳为0.5-15)

         插层剂                 0.01-5.0(较佳为0.01-1.0)

         催化剂                 0.001-0.1(较佳为0.01-0.1)

         分散介质               10-1000(较佳为10-300)

         质子化剂               0.01-5.0(较佳为0.01-1.0)

         添加剂                 0.001-0.1

上述的方法一所适用的二元酸为对苯二甲酸二甲酯或间苯二甲酸二甲酯。所适用的二元醇为乙二醇，1，4-丁二醇，1，3-丙二醇，1，6-己二醇或1，4-环己烷二甲醇。

上述的方法一所适用的层状硅酸盐为蒙脱土或麦加石(magadiite)

上述的方法一所适用的蒙脱土为复层矿物，其单位晶胞由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体组成，两者间靠公用氧原子连接。蒙脱土的片层厚度为1.2nm。片层内表面带有负电荷，其比表面积为200-800m²/g，层间阳离子为Na⁺，Ca²⁺，Mg²⁺，或Al³⁺等属可交换性阳离子。采用有机铵盐类分子与蒙脱土进行交换反应后，可使聚酯单体或酯化齐聚物插入到蒙脱土的层间。所选的蒙脱土因而应具有阳离子交换总容量(CEC)为40-200meq./100g，最好为90-110meq./100g。

上述的方法一所适用的麦加石矿物土，其晶体结构与蒙脱土极为类似，也属于复层矿物，其片层厚度为1.12nm。麦加石因而应具有阳离子交换容量为70-130meq./100g，最佳为90-110meq./100g。

本发明的方法一所适用的插层剂为月桂酸胺，己内酰胺，己二胺，三乙醇胺，二乙醇胺，乙醇胺或十六烷基酸胺。

上述的方法一所适用的催化剂为醋酸锑，三氧化二锑或钛酸四丁酯