改性納米二氧化硅對PET結(jié)晶性能的影響

韓真真 莊洪偉 邢麗 李浩 王瑤

摘 要：本文制備了聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）的新型成核劑SiO2-乙二醇-LMWPET（SiO2EGP），并將制備的成核劑以2wt%的比例與純PET粒料進行熔融共混制備了PET/SiO2EGP復合材料。通過紅外表光譜對該成核劑的結(jié)構(gòu)進行了表征，證明了SiO2EGP的成功制備，通過DSC對PET/SiO2EGP復合材料的測試表明，SiO2EGP能夠作為成核劑提高聚對苯二甲酸乙二醇酯的結(jié)晶溫度。

關鍵詞：聚對苯二甲酸乙二醇酯；成核劑；結(jié)晶

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.014

0 前言

聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一種半結(jié)晶的熱塑性聚合物材料，具有良好的熱性能和力學性能，滲透性低，耐化學性好。PET由于其優(yōu)越性，已廣泛應用于纖維、汽車工業(yè)、食品及飲料包裝等領域[1]。PET的結(jié)晶性能，限制了其在注射成型領域應用。成核劑作為一種加工改性劑，既能改善PET的結(jié)晶性能又能提高其PET的其他性能，因此成核劑廣泛應用于塑料改性，也是改善PET結(jié)晶性能的必備改性劑[2]。納米SiO2形態(tài)為無定形白色粉末，是一種無毒、無味、無污染的無機納米材料。研究表明SiO2可以作為成核劑提高PET的結(jié)晶性能，但是團聚影響了PET的結(jié)晶性能[3]。SiO2表面有很多活性很高的羥基，很容易與含羥基基團或者其他官能團的化合物反應，使其團聚減少，易于分散[4]。本文通過在SiO2表面接枝乙二醇后進而與低分子量聚對苯二甲酸乙二醇酯（LMWPET）進行酯交換反應制備改性納米SiO2，在改善了SiO2在PET中的分散性的基礎上提高了PET的結(jié)晶溫度。

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

所用化學試劑均為分析純，納米SiO2（親油性），浙江宇達化工有限公司，三氧化二銻，二氯亞砜，甲苯，四氯乙烷，苯酚，乙二醇，苯，對苯二甲酸二甲酯（DMT），醋酸鋅。

1.2 儀器與表征

傅里葉紅外光譜儀（FTIR），美國Nicolet，5700；差式掃描量熱分析儀，瑞士Mettler—Toledo，821e；哈克流變儀，RM-200C，哈爾濱哈普公司。

1.3 樣品制備

將納米二氧化硅用苯溶解后，滴加氯化亞砜，反應制備氯硅球。取干燥的氯硅球溶于甲苯后，與乙二醇反應， 制備SiO2EGP。將LMWPET溶于質(zhì)量比m（苯酚）：m（四氯乙烷）=1：1的混合溶劑中，滴加交聯(lián)劑反應2h后加少量Sb2O3，同時加入SiO2EGP，升溫反應制備SiO2EGP。取0.2g SiO2EGP和10g純PET切片，在哈克流變儀內(nèi)270℃下密煉8-10 min，制得含2 wt% PET/SiO2EGP的復合材料。

2 結(jié)果與討論

圖1為樣品的紅外譜圖，曲線（a）中796cm-1和1108cm-1處的特征吸收峰為Si-O-Si的伸縮振動吸收峰。曲線（b）中，除了有納米SiO2的特征吸收峰外，在2924cm-1處的吸收峰歸因于SiO2表面接枝的乙二醇中亞甲基的伸縮振動，證明了乙二醇成功接枝到了SiO2表面。曲線（c）中，除了有SiO2和SiO2EGP的特征吸收峰以外，1420cm-1處的吸收峰是LMWPET和一縮二乙二醇鏈段的連接處的C-C鍵上的CH2剪切變形振動引起的。以上分析證明LMWPET已經(jīng)通過乙二醇接枝到了納米SiO2表面上生成了SiO2EGP。

圖2（a）是純PET和PET/SiO2EGP的DSC升溫曲線，由圖知純PET的熔點在255.31℃，PET/SiO2EGP復合材料的熔點在255.81℃，成核劑對PET的熔點影響不大。圖2（b）是純PET和PET/SiO2EGP的DSC升溫曲線，純PET的結(jié)晶溫度峰值在204℃，當PET中加入2wt%的SiO2EGP后，PET的結(jié)晶峰溫度由204℃提高至209℃，是因為SiO2EGP在PET結(jié)晶過程中異相成核，加速了PET的成核速率，從而使PET復合材料SiO2EGP在高于原來純PET的結(jié)晶溫度結(jié)晶。

3 實驗結(jié)論

通過在納米二氧化硅表面接枝乙二醇和LMWPET，成功制備了成核劑SiO2EGP，DSC分析結(jié)果表明，SiO2EGP在PET結(jié)晶過程中異相成核，提高了PET結(jié)晶初期的成核效率，促使PET在更高的溫度結(jié)晶。

參考文獻：

[1]B.Li，J.Yu，S.Lee，M.Ree，Crystallizations of poly（ethylene terephthalate co ethylene isophthalate），Polymer 40（19）（1999）：5371-5375.

[2]J.W.Gooch， Society of Plastics Engineers，Springer New York2011.

[3]Y.Yang，H.Xu，H.Gu，Preparation and crystallization of poly（ethylene terephthalate）/SiO2 nanocomposites by in‐；situ polymerization，Journal of Applied Polymer Science 102（1）（2010）：655-662.

[4]M.M.A.Nikje，Z.M.Tehrani，Thermal and mechanical properties of polyurethane rigid foam/modified nanosilica composite，Polymer Engineering & Science 50（03）（2010）：468-473.

作者簡介：韓真真（1990-），女，碩士，研究方向：高分子復合材料。