[发明专利]一种脂肪族聚酯/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脂肪族二元酸二元醇聚酯复合材料的制备方法，特别涉及一种脂肪族二元酸二元醇聚酯/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法。

背景技术

聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料是以聚合物为基体，纳米层状硅酸盐以纳米尺度(小于100nm)分散于基体中的新型高分子复合材料。在纳米层状硅酸盐含量远少于常规填充复合材料的情况下就可以具有较好的力学性能、阻隔性能等，热稳定性能也显著提高，并具有自熄性和各向异性，是一种性能优异具有广大发展前途的纳米复合材料，已经成为复合材料研究领域的一个重要分支。

聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料中所用的层状硅酸盐可用经有机物改性的膨润土、高岭土、滑石、云母等层状矿物，实际应用较多的是2∶1型层状硅酸盐矿物，如钠蒙脱土、锂蒙脱土、氟锂土、海泡石等。

目前制备聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的方法主要是插层复合法，即将单体和聚合物插进硅酸盐层状片层之间，进而破坏硅酸盐的片层结构，剥离成一维纳米尺寸的基本单元，并使其均匀地分散在聚合物基体中，实现高分子与层状硅酸盐片层在纳米尺寸上的复合。

按照复合的过程，插层复合法可分为溶液插层法、熔体插层法和聚合插层法。溶液插层法是将聚合物和层状硅酸盐同时溶解于溶剂中，通过搅拌而插层。这种方法需要大量的溶剂，复杂费时，污染严重。熔融插层法是将聚合物及层状硅酸盐材料共同在挤出机等能同时提供剪切力及将聚合物加热到熔点以上的设备中，在剪切力的作用下，使聚合物分子链插入到层状硅酸盐溶液插层法和熔融插层法的不足在于，由于聚合物分子量很大，难以全方位地进入层状硅酸盐层间，插层后层状硅酸盐的层间膨胀程度不够，完全剥离的比例较小，难以达到理想的纳米复合材料。相比之下，聚合插层是一种较为理想的方法。该法通常是先将聚合物单体和有机改性层状硅酸盐进行混合搅拌后，再在适当的条件下用反应釜进行聚合。由于单体首先进入层间，再引发聚合，通过单体的聚合膨胀实现层状硅酸盐较大的层间膨胀，使部分硅酸盐片层完全的剥离。

可完全生物降解聚合物材料，在近二十年来一直被认为是解决传统塑料制品造成的日趋严重的“白色污染”问题的主要途径之一。脂肪族聚酯是目前研究最多的可完全生物降解聚合物材料。缩合聚合法合成的脂肪族二元酸二元醇酯，价格较低，可进行分子设计，可降低生产成本，可望在某些领域替代传统塑料，缓解由传统塑料引起的环境污染问题。

脂肪族二元酸二元醇聚酯的热变形温度一般较低，其中应用较广泛的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的热变形温度也不超过100℃。这极大的限制了脂肪族二元酸二元醇聚酯的应用范围，妨碍了这类降解塑料的推广使用。用纳米层状硅酸盐复合脂肪族二元酸二元醇聚酯可以使脂肪族二元酸二元醇聚酯具有更好的力学性能、阻隔性能、尺寸稳定性、阻燃性等，热稳定性能也显著提高，扩大其应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种脂肪族二元酸二元醇聚酯/层状硅酸盐纳米复合材料制备方法，改进纳米层状硅酸盐的分散均匀性，并且该脂肪族聚酯/层状硅酸盐纳米复合材料具有较高的热稳定性。

本发明脂肪族二元酸二元醇聚酯/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法，以重量份计，按以下步骤进行：

(1)将0.5-20份层状硅酸盐、0.01-10份缩聚催化剂加入50-1000份的脂肪族二元醇中，在50-150℃搅拌均匀成悬浮液状，0.5-8小时后过滤、洗涤，得到中间产物A；

(2)将上述中间产物A在10-600份水中分散均匀，0.1-20份有机插层剂在10-200份水中溶解后加入其中，在30-100℃下搅拌0.5-8小时后过滤、洗涤、干燥，经粉碎得到中间产物B；

(3)将脂肪族二元酸和脂肪族二元醇置于聚合反应装置中，其中，脂肪族二元酸与脂肪族二元醇的摩尔比为1∶1.01-2；在温度为130-180℃下进行常压酯化反应，得到脂肪族二元酸二元醇的酯化物；

(4)将100份脂肪族二元酸二元醇的酯化物和0.5-20份中间产物B加入聚合反应器，升温至180-200℃搅拌0.5-3小时，加入0.05-2份添加剂，升温至220-260℃，抽真空至100Pa以下缩聚1-5小时，得到脂肪族二元酸二元醇聚酯/层状硅酸盐纳米复合材料。所得蒙脱土分散相以10-100nm尺度分散在脂肪族二元酸二元醇聚酯基体中。