[发明专利]可用于CO2发泡的低熔体强度聚酯/黏土纳米复合物制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的可用于CO₂发泡的低熔体强度聚酯/黏土纳米复合物的制备方法，尤其涉及一种添加多官能团扩链剂的聚酯/黏土纳米复合物的制备方法。

背景技术

泡沫塑料由于其质轻、隔热、可吸收冲击能等特性正受到越来越多的关注和研究，并广泛应用于包装、建筑、运输等领域。以聚对苯二甲酸乙二酯发泡材料为代表的发泡聚酯通常价格低廉且具有优异的力学性能、尺寸稳定性、耐化学腐蚀性以及易回收性等优点，使其在食品包装、汽车内饰、航天工业以及风力发电的桨叶芯层等方面具有很大的应用前景。但是，商业化聚酯由于其分子量较低且分子结构规整，通常表现出较低的熔体强度，不能抵抗泡孔生长过程中聚酯承受的剧烈拉伸应力。在熔融发泡过程中，已经生成的泡孔会进一步发生破裂、合并，得不到理想的泡孔结构。

在聚酯分子主链上引入长链支化结构可以有效地提高聚合物熔体中分子链缠结几率，从而提高其熔体强度。中国专利CN102492123A和CN102492124A通过向聚酯合成体系中添加多元酸和多元醇作为扩链剂而引入长链支化结构，制备可发泡的高熔体强度聚酯，其特性黏度为0.80-1.50dL/g。该技术不仅需要对原有的聚酯合成的设备、工艺条件等做出改变，且为了达到高的分子量和熔体强度，反应时间需要4~6小时。连续的挤出发泡工艺对聚酯熔体强度提出了更高的要求，因为聚酯熔体在挤出机中不可避免地发生热、机械等降解。这就要求将多元醇原位改性的聚酯继续固相缩聚24小时，进一步提高其熔体强度，以满足挤出发泡的要求，但同时也消耗了更多的能量和时间。[Fan,C.;Wan,C.;Gao,F.;Huang,C.;Xi,Z.;Xu,Z.;Zhao,L.;Liu,T.Extrusionfoamingofpoly(ethyleneterephthalate)withcarbondioxidebasedonrheologyanalysis.J.Cell.Plast.2015,doi:10.1177/0021955X14566085]。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备可用于CO₂发泡的低熔体强度聚酯/黏土纳米复合物的方法，以克服现有技术存在的缺陷。且本发明可以采用聚酯回收料作为原料制备可用于CO₂发泡的低熔体强度聚酯/黏土纳米复合物，从而提高资源的利用率、减少固体废弃物污染，具有重要的环保意义。

本发明的技术构思为：向聚酯分子链引入长支链的同时向聚酯基体中添加层状的纳米黏土，通过分散良好的黏土提高聚酯的发泡性能，降低CO₂发泡工艺对聚酯熔体强度的要求。整个技术的关键在于选择合适的多官能团扩链剂以及与之配对的有机改性纳米黏土，在引入长链支化结构的同时提高层状硅酸盐黏土的分散和剥离程度。由于纳米黏土的长径比非常高，分散良好的黏土与聚酯基体的界面提供了大量的泡孔异相成核点，从而大幅度地提高了泡孔的成核速率、增加了稳定的气泡核数量。在泡孔生长过程中，无机黏土的加入增加了发泡剂CO₂在聚酯基体中扩散的曲折程度和路径长度，从而降低了泡孔生长速率，有利于得到孔径较小的稳定泡孔。此外，由于大量泡孔同时成核，可供泡孔生长的发泡剂量相应减少，亦有利于得到孔径较小的泡孔。在泡孔稳定过程中，分散良好的黏土颗粒作为聚酯结晶的异相成核点，显著提高聚酯基体从熔体的非等温结晶速率，从而迅速提高聚酯基体的硬度、结束泡孔的生长。而且，黏土层在泡孔生长过程中由于受到拉伸应力的作用，沿着泡孔壁方向重新取向，起到第二层泡孔壁的作用，保护泡孔不被拉伸应力破坏。

本发明的聚酯/黏土纳米复合物的制备技术包括以下三种技术路径：

技术路径一：

将商业化的聚酯切片（或者聚酯回收料）、多官能团扩链剂和有机改性黏土在90~120^oC条件下干燥2~20小时，再按一定的质量份数进行充分预混。聚酯切片（或者聚酯回收料）、扩链剂、黏土的质量份数为：

聚酯切片100份

扩链剂0.1~2份

黏土0.1~10份