[发明专利]一种羟基官能化聚酯/蒙脱土纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种羟基官能化聚酯/蒙脱土纳米复合材料的制备方法，具体地说，涉及一种通过原位聚合制备羟基官能化聚酯/蒙脱土纳米复合材料的方法，属于高分子材料技术领域。

背景技术

聚酯/蒙脱土纳米复合材料是一类备受关注的材料，而羟基官能化聚酯/蒙脱土纳米复合材料却还未见报道。目前，已有专利公开了制备羟基官能化聚酯的方法，如专利US97/22276，US5171820，US6346596，US5496910，WO99/12991，CN1269812A。但是以上专利仅局限在制备单一相的羟基官能化聚酯，通过将催化剂直接加入二元羧酸和二环氧物，在一元羧酸存在下，进行原位聚合，得到羟基官能化聚酯，未添加任何无机物来增加羟基官能化聚酯的性能。蒙脱土作为优良的无机添加剂，只需少量，即可使聚合物/蒙脱土复合材料具有相当高的强度、弹性模量、韧性及阻隔性能，优良的热稳定性及尺寸稳定性以及良好的力学性能。

目前，制备聚合物/蒙脱土纳米复合材料主要有以下两种方法：聚合物熔融插层法和聚合物溶液插层法。但这两种方法均存在缺点如下：聚合物熔融插层法由于聚合物的分子链运动比较困难，从而导致插层不充分，最后使得蒙脱土片层在聚合物基体中分散不均匀；聚合物溶液插层法则需要除去大量溶剂，难以实现工业化。

中国专利CN 100347240C公开了一种原位聚合制备聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料的方法：首先采用阳离子交换法将层状钠基蒙脱土与有机插层剂(包括各种氨基酸及长链烷基铵盐)进行阳离子交换，然后将丙交酯单体与有机改性蒙脱土在适当的催化剂作用下进行原位聚合，原位聚合过程中丙交酯单体或乳酸低聚物逐渐插入到蒙脱土片层之间，导致片层被撑开，最后均匀分散在聚乳酸基体当中，形成插层型或剥离型聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料。该专利方法中，在聚合物单体丙交酯与有机改性蒙脱土进行原位聚合时，必须加入催化剂才能制备得到聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提出一种羟基官能化聚酯/蒙脱土纳米复合材料的制备方法，所述方法为原位聚合法，工艺简单、成本低且可应用于批量工业化生产；制备得到的羟基官能化聚酯/蒙脱土纳米复合材料中，蒙脱土在羟基官能化聚酯基体中分散均匀，所述复合材料的数均分子量可达3000～20,000。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种羟基官能化聚酯/蒙脱土纳米复合材料的制备方法，所述方法步骤如下：

(1)钠基蒙脱土改性

采用阳离子交换法，温度控制在60～100℃，把鎓类催化剂插层在钠基蒙脱土层间对钠基蒙脱土进行改性，得到有机改性蒙脱土，具体操作如下：

将钠基蒙脱土和水混合并在60～100℃恒温下搅拌制取蒙脱土悬浊液；将鎓类催化剂于水中制成催化剂溶液；在搅拌条件下将催化剂溶液滴加到60～100℃恒温下的蒙脱土悬浊液中，滴加完毕后保持恒温继续搅拌反应0.5～2h；停止恒温加热，静置，得到白色沉淀物，将所述白色沉淀物过滤，并用水洗涤，将未交换的鎓类催化剂去除，烘干，得到有机改性蒙脱土。

其中，所述鎓类催化剂是催化二元羧酸和二环氧物反应的优良催化剂，优选为季铵盐或鏻盐，更优选为季铵盐。所述季铵盐为十八烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基二甲基乙基氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基苄基二甲基氯化铵、十二烷基二甲基乙基氯化铵、四甲基氯化铵、四甲基溴化铵、四乙基溴化铵、十二烷基硫酸铵、四丁基溴化铵或四丁基氯化铵。鎓类催化剂的用量大于钠基蒙脱土的离子交换容量。

优选水为纯度达到去离子水纯度以上的水。

(2)羟基官能化聚酯/蒙脱土纳米复合材料的制备

将步骤(1)得到的有机改性蒙脱土、二元羧酸、二环氧物和一元羧酸混合进行原位聚合，得到一种羟基官能化聚酯/蒙脱土纳米复合材料。

其中，制备羟基官能化聚酯部分的二元羧酸、二环氧物和一元羧酸和反应条件为现有技术中制备羟基官能化聚酯的常规技术，利用步骤(1)得到的有机改性蒙脱土作为催化剂；同时，有机改性蒙脱土也作为制备所述羟基官能化聚酯/蒙脱土纳米复合材料的原料。

优选在原位聚合过程中，反应温度为120～160℃；按二元羧酸、二环氧物和一元羧酸投料的质量总和为100％计，有机改性蒙脱土的用量为1～50wt％；反应在惰性气体的保护下进行，如N₂；反应过程中采用机械搅拌。