PET/PTT/MMT复合材料的制备及其非等温结晶行为

2018-11-01陈颖徐大志陈忠钢赵建国

现代塑料加工应用 2018年5期

陈颖徐大志陈忠钢赵建国

(1. 中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司,辽宁辽阳,111003; 2. 辽阳石油化纤公司亿方工业公司,辽宁辽阳,111003)

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)是工业化规模生产的两大芳香族聚酯,其中PET具有高的强度和模量、好的耐热性、耐化学腐蚀性能和抗微生物侵蚀性能等优良性能,但存在疏水性、难染性、易产生静电等缺点[1],使PET的应用范围受到了很大的限制。PTT是近年才获得工业化生产的一种新型热塑性聚酯,具有好的加工性能、优良的回弹性、好的染色性、耐黏污性、抗紫外性、耐臭氧性和其他优良性能[2],其纤维被认为是21世纪的大型纤维,同时在塑料领域也极具发展前景。把PTT加入PET中目的是改进PET的可染性、加工性、结晶性能以及收缩率。有机化处理的蒙脱土(MMT),能够改进聚合物的强度、耐热性、尺寸稳定性、抗紫外性、阻隔性等其他方面的优良性能。MMT加入到PET/PTT中目的是进一步改进它们的综合性能。

下面采用熔融共混的方法通过双螺杆挤出机制备了PET/PTT聚酯合金及该聚酯合金基蒙脱土纳米复合材料(PET/PTT/MMT),采用扫描电子显微镜(SEM)对其结构进行了表征,并采用差示扫描量热仪(DSC)对其非等温结晶性能进行了研究。

1 试验部分

1.1 主要原料及仪器设备

PET,熔点为260 ℃,特性黏度为0.68 dL/g,辽阳石化公司;PTT,熔点为228 ℃,特性黏度为0.95 dL/g,美国Dupont公司;有机蒙脱土(OMMT),牌号DK2,白色粉末,纳米级,浙江丰虹黏土化工有限公司。

DF205电热鼓风干燥箱,DGX-9243B,上海福玛实验设备有限公司;双螺杆挤出机,螺杆直径35 mm,南京科亚有限公司;DSC,DSC-822,瑞士METTLER TOLEDO公司;SEM,S-3400N,日本日立公司。

1.2 试样制备

首先将PET，PTT放入电热鼓风干燥箱内在120 ℃下干燥12 h;然后采用双螺杆挤出机分别按照PET/PTT/MMT的质量比80/20/0,80/20/1,80/20/3,80/20/5熔融共混制备不同配比的PET/PTT/MMT复合材料,螺杆Ⅰ～Ⅴ区的温度分别设定为220,262,258,260,260 ℃,熔体温度设定为251 ℃,螺杆转速为25～30 r/min,铸带,然后切粒制成试验样品,样品对应的编号记作0#,1#,2#,3#。

1.3 SEM表征

采用SEM观察PET/PTT聚酯合金及PET/PTT/MMT复合材料样品的形貌,加速电压0.3～30.0 kV,放大倍率5～300 000,工作距离5～65 mm,最大样品直径为200 mm。

1.4 DSC分析

在氮气氛围中进行，氮气流量为100 mL/min。以10 ℃/min的升温速率从25 ℃升至265 ℃，恒温10 min以消除热历史，再分别以5，10，20，30 ℃/min的降温速率从265 ℃降至25 ℃，记录结晶过程的数据和降温结晶曲线。

2 结果与讨论

2.1 结构表征

2.1.1 聚酯合金及PET/PTT/MMT复合材料形貌

对比图1的SEM照片可以看出,加入MMT后,PET/PTT/MMT复合材料的结构变得致密,并且MMT的分散比较均匀。

图1 0#和2#样品的SEM照片(×1 000)

2.2 PET/PTT/MMT复合材料的非等温结晶行为

2.2.1 MMT含量对复合材料非等温结晶性能影响

图2是不同MMT含量的聚酯合金及其复合材料的非等温结晶曲线,其中降温速率是10 ℃/min。

图2 聚酯合金及其复合材料的DSC分析

从图2可以看出,MMT的加入明显改变聚酯合金的结晶性能,随着MMT含量的增加,PET/PTT/MMT复合材料的结晶起始温度和结晶峰温度都向高温方向移动,结晶峰变窄。这是由于MMT中的插层剂含有极性铵离子,能与PTT发生强烈的相互作用,在较高温度下使聚酯大分子链排列在MMT片层表面,也就是说MMT在复合材料中起到了异相成核作用,使结晶过程不受较高温度下晶核形成的阻碍。

2.2.2 不同降温速率对复合材料非等温结晶影响

图3和图4是不同降温速率下0#和3#样品的非等温结晶DSC曲线。