本發(fā)明具體涉及一種聚苯硫醚/蒙脫土納米復(fù)合材料及其制備方法，屬于特種工程塑料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

聚苯硫醚(PPS)樹(shù)脂是一種性能優(yōu)異的工程塑料，也是世界上性?xún)r(jià)比最高的特種工程塑料之一，具有良好的耐化學(xué)腐蝕性、阻燃性、剛性和模量，電氣性能優(yōu)良，耐疲勞強(qiáng)度高，抗蠕變性能好，易成型，并且具有抗輻射、無(wú)毒等特性，其在電子電氣、汽車(chē)、紡織、精密器械、化工、家電、航空航天以及國(guó)防軍工等領(lǐng)域具有廣泛的用途。但是聚苯硫醚自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，導(dǎo)致其存在一定的缺陷，如聚苯硫醚制品抗彎性能不好，脆性大，延伸率等；此外，聚苯硫醚分子鏈上苯-硫鍵鍵能較低，在高溫下易斷裂并與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生氧化、交聯(lián)，使聚苯硫醚在熔體加工時(shí)粘度不穩(wěn)定，制品顏色發(fā)黃，強(qiáng)度降低，使用壽命大大減少。因此，對(duì)聚苯硫醚進(jìn)行改性，增強(qiáng)其熱穩(wěn)定性，是近年來(lái)聚苯硫醚領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

蒙脫土是我國(guó)豐產(chǎn)的一類(lèi)天然粘土礦物，其與聚合物復(fù)合而成的復(fù)合材料具有以下特點(diǎn)：只需很少量蒙脫土即可使復(fù)合材料具有更高的強(qiáng)度、模量、熱穩(wěn)定性及尺寸穩(wěn)定性。同時(shí)蒙脫土產(chǎn)量豐富，價(jià)格便宜，因此聚合物/蒙脫土復(fù)合材料已成為新材料及納米功能材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。利用咪唑鹽有機(jī)改性蒙脫土，然后加入到聚苯硫醚基質(zhì)中，達(dá)到剝離或插層的納米級(jí)分散，提高聚苯硫醚的熱穩(wěn)定性的制備方法和復(fù)合材料還未見(jiàn)報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是制備一種聚苯硫醚/蒙脫土納米復(fù)合材料，該復(fù)合材料中有機(jī)化蒙脫土能均勻納米級(jí)的分散在聚苯硫醚中，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，同時(shí)提供該聚苯硫醚/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明的聚苯硫醚/蒙脫土納米復(fù)合材料是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種聚苯硫醚/蒙脫土納米復(fù)合材料，其特征在于：按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，聚苯硫醚100份，有機(jī)化蒙脫土0.5～10份；

其中，本分明所述有機(jī)化蒙脫土是通過(guò)改性劑對(duì)鈉基蒙脫土有機(jī)化獲得，改性劑是溴化1,3-二-十六烷基苯并咪唑鹽，其可按已有的合成路線(xiàn)合成。

制備上述聚苯硫醚/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料的方法，包括以下步驟：

(1)蒙脫土有機(jī)化改性制備：將粒徑小于50微米的蒙脫土用乙醇水溶液配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％-5％的懸浮液，在60～80℃下攪拌2-5小時(shí)，制備蒙脫土懸浮液；將現(xiàn)合成的雙長(zhǎng)支鏈咪唑鹽用乙醇溶液溶解，在1小時(shí)內(nèi)分?jǐn)?shù)次加入到蒙脫土懸浮液中，控制咪唑鹽與蒙脫土陽(yáng)離子交換容量(CEC)摩爾比為2～1.2:1，激烈攪拌12～24小時(shí)，冷卻靜置，抽濾，先用乙醇水溶液洗滌，再用去離子水洗滌沉淀，真空干燥研磨，過(guò)200目篩，得有機(jī)蒙脫土。

(2)聚苯硫醚/蒙脫土納米復(fù)合材料的制備：將0.5～10份有機(jī)化蒙脫土和100份聚苯硫醚混合后裝入雙螺桿機(jī)擠出機(jī)，經(jīng)高溫熔融、螺桿剪切擠壓、切料后得到聚苯硫醚/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料，其中料斗溫度為50～80℃，螺桿一區(qū)溫度為270～290℃，螺桿二區(qū)溫度為285～305℃，?？跍囟葹?90～310℃；螺桿轉(zhuǎn)速為25～50rpm。

上述的改性劑溴化1,3-二-十六烷基苯并咪唑鹽可采用已有的合成路線(xiàn)合成：在裝有磁力攪拌器、回流冷凝管和溫度計(jì)的三口燒瓶中，加入240mL四氫呋喃溶液和24g氫氧化鈉粉末，在60℃下加熱攪拌20min；然后將16.4g苯并咪唑一次性加入到燒瓶中，在60℃下繼續(xù)加熱攪拌2h；接著將48g 1-溴代十六烷加入到燒瓶中，繼續(xù)在60℃下的油浴鍋中攪拌3h。將反應(yīng)后的溶液冷卻至室溫，加入40mL去離子水，采用二氯甲烷萃取三次通過(guò)分液分離的水層。萃取出的有機(jī)溶劑加入到原來(lái)的四氫呋喃溶液中，用無(wú)水硫酸鎂干燥，然后利用減壓蒸餾除去四氫呋喃，得到1-十六烷基苯并咪唑。將47.8g 1-十六烷基苯并咪唑加入到裝有在裝有磁力攪拌器、回流冷凝管和溫度計(jì)的三口燒瓶中，加入100mL四氫呋喃，在60℃下加熱攪拌30min；再加入48g 1-十六烷基苯并咪唑，繼續(xù)在60℃下的油浴鍋中攪拌48h。然后溶液冷卻過(guò)濾，過(guò)濾的粗晶體用在冰水浴中冷卻過(guò)的石油醚洗滌三次，得到溴化1,3-二-十六烷基苯并咪唑(Bz)。

本發(fā)明采用有機(jī)化蒙脫土對(duì)聚苯硫醚復(fù)合改性，得到的聚苯硫醚/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明中的有機(jī)化蒙脫土在高的加工溫度下具有熱穩(wěn)定性，加工過(guò)程中基本無(wú)降解，可以在聚苯硫醚基質(zhì)中達(dá)到剝離或插層的均勻納米級(jí)分散；

(2)本發(fā)明中的聚苯硫醚/蒙脫土納米復(fù)合材料中只需小比例的蒙脫土即可使復(fù)合材料具有更高的耐熱穩(wěn)定性和更高的結(jié)晶溫度；

(3)本發(fā)明中使用的原料簡(jiǎn)單，制備工藝簡(jiǎn)便靈活，提高了產(chǎn)品性能，降低了生產(chǎn)成本。

附圖說(shuō)明

圖1為鈉基蒙脫土(Na-MMT)和有機(jī)化蒙脫土(Bz-MMT)的X射線(xiàn)衍射圖；

圖2為聚苯硫醚/有機(jī)化蒙脫土(PPSBM_x)復(fù)合材料的X射線(xiàn)衍射圖；

圖3為聚苯硫醚/有機(jī)化蒙脫土(PPSBM_x)復(fù)合材料的DSC冷卻結(jié)晶圖；

圖4為聚苯硫醚/有機(jī)化蒙脫土(PPSBM_x)復(fù)合材料的熱失重曲線(xiàn)圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落入本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。

實(shí)施例1

(1)首先制備有機(jī)化蒙脫土：將10g粒徑小于50微米的鈉基蒙脫土分散在360mL乙醇水溶液(體積比3:1)中，在80℃的油浴鍋中800r/min下機(jī)械攪拌5h；按咪唑鹽的摩爾量與蒙脫土的CEC為1.2:1的比例稱(chēng)取8g咪唑鹽溶于40mL乙醇溶液中，在室溫下攪拌1h，然后將溶解好的咪唑鹽在1h內(nèi)分五次加入蒙脫土懸浮液中，繼續(xù)攪拌24h，冷卻靜置抽濾，先用乙醇水溶液洗滌，再用去離子水洗滌，真空干燥研磨，過(guò)200目篩，得到耐高溫有機(jī)化蒙脫土(Bz-MMT)。

對(duì)制備的有機(jī)化蒙脫土(Bz-MMT)和鈉基蒙脫土(Na-MMT)進(jìn)行X射線(xiàn)衍射測(cè)試：從圖1可以看出鈉基蒙脫土(Na-MMT)的(001)特征峰在7.10°處，根據(jù)布拉格公式可計(jì)算出鈉基蒙脫土的層間距為1.20nm，而有機(jī)化蒙脫土(Bz-MMT)的特征峰為2.71°，對(duì)應(yīng)的蒙脫土層間距為3.26nm，這表明改性后的蒙脫土可以有效的增加蒙脫土的層間距，即有機(jī)化蒙脫土的改性效果良好。

(2)制備聚苯硫醚/蒙脫土納米復(fù)合材料：將聚苯硫醚與有機(jī)化蒙脫土混合均勻后由加料斗加入到雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)，在料筒內(nèi)經(jīng)過(guò)高溫熔融和螺桿的剪切擠壓后，從出料?？跀D出切料，得到聚苯硫醚/有機(jī)化蒙脫土復(fù)合材料。雙螺桿擠出機(jī)的加熱溫度為：料斗溫度為50℃，螺桿一區(qū)溫度為285℃，螺桿二區(qū)溫度為295℃，出料?？跍囟葹?00℃；螺桿轉(zhuǎn)速為35rpm。

聚苯硫醚/蒙脫土納米復(fù)合材料的制備中在雙螺桿擠出機(jī)中加入以下成份，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，其聚苯硫醚為100份，相應(yīng)地，蒙脫土的添加量為0，0.5，1，3，5，10份。

對(duì)制備的聚苯硫醚/蒙脫土納米復(fù)合材料進(jìn)行X射線(xiàn)衍射測(cè)試，測(cè)試有機(jī)化蒙脫土在聚苯硫醚基質(zhì)中的分散情況見(jiàn)圖2；進(jìn)行差式掃描量熱分析，測(cè)試復(fù)合材料的結(jié)晶溫度見(jiàn)圖3；進(jìn)行熱失重分析，測(cè)試復(fù)合材料的耐熱穩(wěn)定性見(jiàn)圖4和表1。

從圖2可以看出，有機(jī)化蒙脫土在聚苯硫醚基質(zhì)中呈現(xiàn)均勻的納米級(jí)分散，當(dāng)蒙脫土含量少時(shí)呈現(xiàn)剝離狀態(tài)，當(dāng)含量高時(shí)呈現(xiàn)剝離和插層的混合狀態(tài)；從圖3可以看出，有機(jī)化蒙脫土的復(fù)合使聚苯硫醚復(fù)合材料具有更高的結(jié)晶溫度，比純聚苯硫醚高約8～10℃；從圖4和表1可以看出有機(jī)化蒙脫土的添加可以大幅度提高聚苯硫醚的耐熱穩(wěn)定性，初始分解溫度(T_5％)可以提高10～30℃,最大分解溫度(T_max)可以提高20～25℃。

表1 聚苯硫醚/蒙脫土納米復(fù)合材料(PPSBM_x)的耐熱性能測(cè)試