[发明专利]一种聚酯/石墨纳米复合材料及其制备方法与专用缩聚催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚酯复合材料及其制备方法与专用缩聚催化剂，尤其是涉及一种聚酯/石墨纳米复合材料及其制备方法与专用缩聚催化剂。

背景技术

聚酯是一种非常重要的高分子材料，由于其具备优良的机械性能、热稳定性及化学稳定性等性质且成本较低，被广泛的应用于包装、交通、纺织、建筑等与人们日常生活紧密相关的领域。现在，我国已成为世界第一大聚酯生产国，2007年国内聚酯产量已超过2000万吨。社会的发展及科技的进步对材料的要求越来越高，通过对聚酯材料进行改性可以扩展其使用范围，从而满足社会的需求。

纳米复合是改善聚酯的有效途径之一。聚合物的纳米改性剂主要包括碳纳米管、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅和粘土等，尤其是以粘土和碳纳米管为纳米填充材料的改性研究最为引人注目。对于PET这类很难找到良溶剂的聚合物来说，采用溶液共混法制备分散性良好的纳米复合材料效率极低，而采用原位聚合的方法则可以在聚合反应的同时实现纳米复合，且不需添加额外加工单元，在现有聚合设备上即可实现。聚酯与粘土的纳米复合可以显著改善其气体阻隔、力学、热学等性能，但是不能赋予聚酯导电等独特性能。聚酯和碳纳米管的复合则可以在改善聚合物的力学性能的同时使材料获得优异的导电性能，然而碳纳米管高昂的价格使得PET/碳纳米管纳米复合材料难以实现产业化。石墨烯-单一的石墨片层，兼具了粘土和碳纳米管的优点，作为一种新型的碳纳米粒子越来越显现出重要的应用价值。石墨烯的化学结构与碳纳米管十分相似，普通的碳纳米管可认为是由单层或多层的石墨烯卷曲而成。石墨烯具有较高的比表面积，其面内杨氏模量和热导系数分别高达1060GPa和3000Wm^-1K^-1，面内电导率与碳纳米管相当。石墨烯在理论上是比碳纳米管更理想的可用于聚合物改性的纳米填充物，在材料补强增韧、气体或溶剂阻隔、电子电工材料、电磁屏蔽、防静电材料等方面具有广阔的应用前景。

石墨烯具有极大的比表面积，表面能非常大，很容易发生团聚，聚合物要获得理想的改性效果首先必须使石墨烯在聚合物基体中有良好的分散，因此解决分散问题是关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备具有较高的结晶温度，很好的阻隔功能以及优良的导电性能的聚酯/石墨纳米复合材料及其制备方法与专用缩聚催化剂。

本发明所提供的用于制备聚酯/石墨纳米复合材料的缩聚催化剂为氧化石墨缩聚催化剂或石墨缩聚催化剂。

上述氧化石墨缩聚催化剂，按照包括如下步骤的方法制备：

(1)用有机化试剂对氧化石墨进行有机化处理，得到有机化氧化石墨；

(2)将所述的有机化氧化石墨分散在液体中，再滴加入TiO₂/SiO₂溶胶，得到氧化石墨缩聚催化剂。

上述石墨缩聚催化剂，按照包括如下步骤的方法制备：

(1)用有机化试剂对氧化石墨进行有机化处理，得到有机化氧化石墨；

(2)将所述的有机化氧化石墨分散在液体中，滴加入TiO₂/SiO₂溶胶，再还原处理得到石墨缩聚催化剂。

上述的氧化石墨缩聚催化剂或石墨缩聚催化剂中，Ti元素与石墨的质量比为3∶50-3∶50000，优选为3∶500-3∶5000。

在上述步骤(1)中，用有机化试剂对氧化石墨进行有机化处理的原因和目的是：由于石墨表面和层间只含有极少量的活性基团，与聚合物的相容性差，并且层间作用力较强，在聚合物基体中很难剥离达到纳米级分散。通过有机化处理，表面和层间引入大量的活性基团(如羟基、羧基、环氧基等)和亲油链段。这些功能基团与聚合物基体有较强的相互作用，这有利于石墨在聚合物基体中达到良好的分散，甚至将石墨片层剥离。

上述的有机化处理的机理是利用有机化试剂与氧化石墨表面或层间大量的活性基团反应形成键合或形成配位络合等作用使其表面得到功能化改性。

上述的有机化试剂是指含有可与氧化石墨表面活性基团反应的带官能团的有机化合物，或者可与石墨表面形成π-π相互作用的带孤对电子化合物或芳杂环化合物，或两者兼具的化合物，包括：

(1)带有氨(铵)基的化合物，如带1-4个C1-C18烷基的胺或铵盐，对氨基苯甲酸及其盐、酯类等衍生物，氨基酸(α、β、γ等型)及其盐、酯类、肽等衍生物，内酰胺及其盐、开环产物、低聚物等衍生物，聚丙烯酰胺及其共聚物等；

(2)异氰酸酯；