陳穎 徐大志 陳忠鋼 趙建國

(1. 中國石油天然氣股份有限公司遼陽石化分公司,遼寧 遼陽,111003; 2. 遼陽石油化纖公司億方工業(yè)公司,遼寧 遼陽,111003)

聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)是工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的兩大芳香族聚酯,其中PET具有高的強度和模量、好的耐熱性、耐化學腐蝕性能和抗微生物侵蝕性能等優(yōu)良性能,但存在疏水性、難染性、易產(chǎn)生靜電等缺點[1],使PET的應用范圍受到了很大的限制。PTT是近年才獲得工業(yè)化生產(chǎn)的一種新型熱塑性聚酯,具有好的加工性能、優(yōu)良的回彈性、好的染色性、耐黏污性、抗紫外性、耐臭氧性和其他優(yōu)良性能[2],其纖維被認為是21世紀的大型纖維,同時在塑料領(lǐng)域也極具發(fā)展前景。把PTT加入PET中目的是改進PET的可染性、加工性、結(jié)晶性能以及收縮率。有機化處理的蒙脫土(MMT),能夠改進聚合物的強度、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性、抗紫外性、阻隔性等其他方面的優(yōu)良性能。MMT加入到PET/PTT中目的是進一步改進它們的綜合性能。

下面采用熔融共混的方法通過雙螺桿擠出機制備了PET/PTT聚酯合金及該聚酯合金基蒙脫土納米復合材料(PET/PTT/MMT),采用掃描電子顯微鏡(SEM)對其結(jié)構(gòu)進行了表征,并采用差示掃描量熱儀(DSC)對其非等溫結(jié)晶性能進行了研究。

1 試驗部分

1.1 主要原料及儀器設備

PET,熔點為260 ℃,特性黏度為0.68 dL/g,遼陽石化公司;PTT,熔點為228 ℃,特性黏度為0.95 dL/g,美國Dupont公司;有機蒙脫土(OMMT),牌號DK2,白色粉末,納米級,浙江豐虹黏土化工有限公司。

DF205電熱鼓風干燥箱,DGX-9243B,上海?，攲嶒炘O備有限公司;雙螺桿擠出機,螺桿直徑35 mm,南京科亞有限公司;DSC,DSC-822,瑞士METTLER TOLEDO公司;SEM,S-3400N,日本日立公司。

1.2 試樣制備

首先將PET，PTT放入電熱鼓風干燥箱內(nèi)在120 ℃下干燥12 h;然后采用雙螺桿擠出機分別按照PET/PTT/MMT的質(zhì)量比80/20/0,80/20/1,80/20/3,80/20/5熔融共混制備不同配比的PET/PTT/MMT復合材料,螺桿Ⅰ～Ⅴ區(qū)的溫度分別設定為220,262,258,260,260 ℃,熔體溫度設定為251 ℃,螺桿轉(zhuǎn)速為25～30 r/min,鑄帶,然后切粒制成試驗樣品,樣品對應的編號記作0#,1#,2#,3#。

1.3 SEM表征

采用SEM觀察PET/PTT聚酯合金及PET/PTT/MMT復合材料樣品的形貌,加速電壓0.3～30.0 kV,放大倍率5～300 000,工作距離5～65 mm,最大樣品直徑為200 mm。

1.4 DSC分析

在氮氣氛圍中進行，氮氣流量為100 mL/min。以10 ℃/min的升溫速率從25 ℃升至265 ℃，恒溫10 min以消除熱歷史，再分別以5，10，20，30 ℃/min的降溫速率從265 ℃降至25 ℃，記錄結(jié)晶過程的數(shù)據(jù)和降溫結(jié)晶曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié)構(gòu)表征

2.1.1 聚酯合金及PET/PTT/MMT復合材料形貌

對比圖1的SEM照片可以看出,加入MMT后,PET/PTT/MMT復合材料的結(jié)構(gòu)變得致密,并且MMT的分散比較均勻。

圖1 0#和2#樣品的SEM照片(×1 000)

2.2 PET/PTT/MMT復合材料的非等溫結(jié)晶行為

2.2.1 MMT含量對復合材料非等溫結(jié)晶性能影響

圖2是不同MMT含量的聚酯合金及其復合材料的非等溫結(jié)晶曲線,其中降溫速率是10 ℃/min。

圖2 聚酯合金及其復合材料的DSC分析

從圖2可以看出,MMT的加入明顯改變聚酯合金的結(jié)晶性能,隨著MMT含量的增加,PET/PTT/MMT復合材料的結(jié)晶起始溫度和結(jié)晶峰溫度都向高溫方向移動,結(jié)晶峰變窄。這是由于MMT中的插層劑含有極性銨離子,能與PTT發(fā)生強烈的相互作用,在較高溫度下使聚酯大分子鏈排列在MMT片層表面,也就是說MMT在復合材料中起到了異相成核作用,使結(jié)晶過程不受較高溫度下晶核形成的阻礙。

2.2.2 不同降溫速率對復合材料非等溫結(jié)晶影響

圖3和圖4是不同降溫速率下0#和3#樣品的非等溫結(jié)晶DSC曲線。

圖3 0#樣品的非等溫結(jié)晶DSC分析

圖4 3#樣品的非等溫結(jié)晶DSC分析

由DSC曲線可以得到不同降溫速率下PET/PTT/MMT復合材料的結(jié)晶峰溫度,列于表1中。

從圖3、圖4和表1中數(shù)據(jù)可以看出,隨著降溫速率的增大,聚酯合金及聚酯合金基復合材料的結(jié)晶峰溫度都向低溫方向移動。這是由于隨著降溫速率的增大,PET/PTT/MMT復合材料中

PET/PTT分子中鏈段的運動滯后于溫度的變化,不能立即在較短的時間進入晶格,所以導致結(jié)晶溫度降低。

表1不同降溫速率下0#和3#樣品的結(jié)晶峰溫度℃

降溫速率/(℃·min-1)樣品編號 0#3# 5205.98213.4510201.46209.6720186.59203.1830179.60196.81

3 結(jié)論

a) MMT的加入使聚酯合金基復合材料的結(jié)構(gòu)變得致密,并且MMT的分散比較均勻。

b) 與聚酯合金相比,相同降溫速率下,隨著蒙脫土含量的增加,PET/PTT/MMT復合材料的結(jié)晶起始溫度和結(jié)晶峰溫度都向高溫方向移動。

c) 隨著降溫速率的增大,聚酯合金與聚酯合金基納米復合材料的結(jié)晶峰溫度都向低溫方向移動。