[发明专利]一种高透明高阻隔聚酯材料用无机纳米粒子分散体及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于纳米材料领域，涉及单颗粒无机纳米粒子的制备技术，更进一步涉及应用于高透明高阻隔聚酯材料的单颗粒无机纳米粒子分散体及其制备方法。

背景技术：

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一种性能优良的聚合物，由于它的透明性、耐磨性、可塑性和力学性能好等优点广泛的应用于塑料制品中，但由于它熔体强度差、结晶速率较慢、尺寸稳定性差、阻隔性和耐热性差等限制了它更广泛的应用。在保持原有高透明条件下，提高其阻隔性能是目前研发的热点领域，高透明高阻隔的聚酯材料在薄膜材料如包装膜、太阳能背板膜等；瓶级材料如饮料包装瓶、啤酒瓶等有着广阔的应用市场。目前在高透明条件下提高阻隔性能的技术有涂覆、多层复合共挤、共混（与阻隔树脂）等，这些方法存在着成本高、工艺技术难度大、设备要求高以及回收困难等缺陷。

随着纳米技术的发展，用纳米材料改性PET ，以提高PET 的阻隔性、结晶性能以及其它性能的研究也越来越广泛。如中国科学院化学所等单位已经制备了PET / MMT（蒙脱土）层状硅酸盐纳米复合材料；在公开号为CN1587316 的专利中涉及了一种聚对苯二甲酸乙二醇酯／纳米水滑石（双金属氢氧化物）复合物，该发明的优点是由于纳米水滑石具有与蒙脱土类似的纳米层状结构，可以直接在对苯二甲酸／乙二醇混合物中进行有机插层处理，保证了纳米水滑石在PET 中的良好分散，得到力学、阻燃和阻隔等性能优良的聚对苯二甲酸乙二醇酯材料，但由于稳定性差和应用成本过高等因素，限制了它的应用；在公开号为CN1504510 的专利中，直接将纳米颗粒分散在溶剂中，形成悬浮体，然后将这种经过预处理的混合物与聚对苯二甲酸乙二醇醋（P ET ) 的中间体在反应器内共混合，得到纳米复合材料。这种复合材料进一步与聚合物高分子复合应用，能得到高耐热，高模量，加工性，高阻隔性与功能性的新型聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）与无机物的纳米复合材料。然而，这种方法得到的预处理的混合物极易发生团聚，影响纳米粒子的分散效果，进而影响到整个复合材料的性能；辽阳石化采用经高分子化合物聚乙烯醇（PVA ）、聚乙二醇（PEG ）、聚氧乙烯( PEO ）、聚苯乙烯（PS ）等改性的无机溶胶改性PET聚酯，得到纳米PET聚酯复合材料，其阻隔性能提高3～5倍，但由于聚乙烯醇（PVA ）、聚乙二醇（PEG ）等改性剂耐温低，在PET聚合反应中不可避免会黄变降解而影响产品的透明和颜色性能；同时使用的溶胶粒径分布宽、范围大，也影响了产品的透明性。

发明人认识到通过特定的无机纳米粒子（粒径和形状）单颗粒分散接枝在PET分子链上并均相分布于聚酯材料中，保持高透明度是可行的，同时无机纳米粒子均相分布于聚酯分子链上形成“迷宫”效应，可在高透明条件下解决高阻隔问题，同时由于无机材料的改性可大幅度提高耐温性能和力学性能，从而在满足聚酯材料的阻隔性能的同时满足生产加工的需要。

更进一步，如果使用的无机纳米粒子的粒径低于30nm，该无机纳米粒子就不会影响薄片、瓶片或薄膜的透明性，如果纳米无机粒子的粒径大于100nm，光透射率被降低。因此，需要使用粒径小于30nm的无机纳米粒子，优选使用粒径10～30nm的纳米无机粒子，更优选使用粒径小于10nm的无机纳米粒子。

发明内容

本发明的目的是提供一种高浓度（2～60%）参与聚酯合成的二元醇（乙二醇）体系的特定粒径的单颗粒纳米无机复合粒子（SiO₂、AL₂O₃、ZrO₂、CaO、BaSO₄等）分散体，然后在不改变聚酯合成的工艺技术条件下对PET聚酯进行原位聚合改性，制备出用于高透明高阻隔聚酯用直接浓度料或高浓度母粒，直接浓度料直接用于高透明高阻隔聚酯产品生产，母粒采用在高透明高阻隔聚酯产品生产过程中直接添加使用，最终均得到高性能的高透明高阻隔聚酯产品。

本发明详细的技术方案为：

一种用于高透明高阻隔聚酯薄膜材料的单颗粒无机纳米粒子分散体，其特征在于：包含2~60%的单颗粒无机纳米粒子、相对于无机粒子0.01~30%的改性剂及余量的二元醇。

根据以上所述的无机粒子，其特征在于：所述无机粒子是氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钙、氧化镁、碳酸钙、硫酸钡等中的一种或其中二种以上的混合物。优选氧化硅、氧化铝、硫酸钡中的一种或其中二种以上的混合物。

根据以上所述的单颗粒无机纳米粒子，其特征在于：所述无机粒子单颗粒形状为球形、椭圆形及棒形等，优选球形。