改性纳米二氧化硅对PET结晶性能的影响

韩真真 庄洪伟 邢丽 李浩 王瑶

摘 要：本文制备了聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的新型成核剂SiO2-乙二醇-LMWPET（SiO2EGP），并将制备的成核剂以2wt%的比例与纯PET粒料进行熔融共混制备了PET/SiO2EGP复合材料。通过红外表光谱对该成核剂的结构进行了表征，证明了SiO2EGP的成功制备，通过DSC对PET/SiO2EGP复合材料的测试表明，SiO2EGP能够作为成核剂提高聚对苯二甲酸乙二醇酯的结晶温度。

关键词：聚对苯二甲酸乙二醇酯；成核剂；结晶

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

0 前言

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一种半结晶的热塑性聚合物材料，具有良好的热性能和力学性能，渗透性低，耐化学性好。PET由于其优越性，已广泛应用于纤维、汽车工业、食品及饮料包装等领域[1]。PET的结晶性能，限制了其在注射成型领域应用。成核剂作为一种加工改性剂，既能改善PET的结晶性能又能提高其PET的其他性能，因此成核剂广泛应用于塑料改性，也是改善PET结晶性能的必备改性剂[2]。纳米SiO2形态为无定形白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的无机纳米材料。研究表明SiO2可以作为成核剂提高PET的结晶性能，但是团聚影响了PET的结晶性能[3]。SiO2表面有很多活性很高的羟基，很容易与含羟基基团或者其他官能团的化合物反应，使其团聚减少，易于分散[4]。本文通过在SiO2表面接枝乙二醇后进而与低分子量聚对苯二甲酸乙二醇酯（LMWPET）进行酯交换反应制备改性纳米SiO2，在改善了SiO2在PET中的分散性的基础上提高了PET的结晶温度。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

所用化学试剂均为分析纯，纳米SiO2（亲油性），浙江宇达化工有限公司，三氧化二锑，二氯亚砜，甲苯，四氯乙烷，苯酚，乙二醇，苯，对苯二甲酸二甲酯（DMT），醋酸锌。

1.2 仪器与表征

傅里叶红外光谱仪（FTIR），美国Nicolet，5700；差式扫描量热分析仪，瑞士Mettler—Toledo，821e；哈克流变仪，RM-200C，哈尔滨哈普公司。

1.3 样品制备

将纳米二氧化硅用苯溶解后，滴加氯化亚砜，反应制备氯硅球。取干燥的氯硅球溶于甲苯后，与乙二醇反应， 制备SiO2EGP。将LMWPET溶于质量比m（苯酚）：m（四氯乙烷）=1：1的混合溶剂中，滴加交联剂反应2h后加少量Sb2O3，同时加入SiO2EGP，升温反应制备SiO2EGP。取0.2g SiO2EGP和10g纯PET切片，在哈克流变仪内270℃下密炼8-10 min，制得含2 wt% PET/SiO2EGP的复合材料。

2 结果与讨论

图1为样品的红外谱图，曲线（a）中796cm-1和1108cm-1处的特征吸收峰为Si-O-Si的伸缩振动吸收峰。曲线（b）中，除了有纳米SiO2的特征吸收峰外，在2924cm-1处的吸收峰归因于SiO2表面接枝的乙二醇中亚甲基的伸缩振动，证明了乙二醇成功接枝到了SiO2表面。曲线（c）中，除了有SiO2和SiO2EGP的特征吸收峰以外，1420cm-1处的吸收峰是LMWPET和一缩二乙二醇链段的连接處的C-C键上的CH2剪切变形振动引起的。以上分析证明LMWPET已经通过乙二醇接枝到了纳米SiO2表面上生成了SiO2EGP。

图2（a）是纯PET和PET/SiO2EGP的DSC升温曲线，由图知纯PET的熔点在255.31℃，PET/SiO2EGP复合材料的熔点在255.81℃，成核剂对PET的熔点影响不大。图2（b）是纯PET和PET/SiO2EGP的DSC升温曲线，纯PET的结晶温度峰值在204℃，当PET中加入2wt%的SiO2EGP后，PET的结晶峰温度由204℃提高至209℃，是因为SiO2EGP在PET结晶过程中异相成核，加速了PET的成核速率，从而使PET复合材料SiO2EGP在高于原来纯PET的结晶温度结晶。

3 实验结论

通过在纳米二氧化硅表面接枝乙二醇和LMWPET，成功制备了成核剂SiO2EGP，DSC分析结果表明，SiO2EGP在PET结晶过程中异相成核，提高了PET结晶初期的成核效率，促使PET在更高的温度结晶。

参考文献：

[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.

作者简介：韩真真（1990-），女，硕士，研究方向：高分子复合材料。