CN111995846A - 一种ptt/人造岗石废渣复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种PTT/人造岗石废渣复合材料及其制备方法。该复合材料由以下原料及重量份数制备：对苯二甲酸二甲酯100份，人造岗石废渣5‑50份，丙二醇80‑100份，酯交换催化剂0.01‑0.5份，聚合催化剂0.01‑0.5份。本发明制备的复合材料，制备方法为熔融缩聚，由于聚合过程体系粘度较低和剧烈的机械搅拌，加上人造岗石废渣表面包覆的不饱和树脂，使得人造岗石废渣在聚合体系中分散均匀，获得的复合材料综合力学性能优异，耐热性和成型收缩率均有明显的改善。更重要的该方法制备的一种PTT/人造岗石废渣复合材料是一种不需要借助任何溶剂的原位聚合方法，极大的方便工业化生产。
Description
【技术领域】
本发明属于材料科学技术领域，涉及一种PTT/人造岗石废渣复合材料及其制备方法。
【背景技术】
人造岗石具有色泽艳丽、颜色可控可调、环保、可多次翻新等特点，是一种国际流行的绿色环保装饰材料。人造岗石是由93wt％左右的不同细度的重钙粉末或砂子、7wt％左右的不饱和树脂和少量颜料等，经真空搅拌、高压震荡、固化定型、切割打磨等工序制备而成。但在人造岗石生产过程中，由于需要对固化后的大尺寸人造石进行切割和打磨抛光，从而产生大量包含碳酸钙废渣的废石浆，经沉淀絮凝后的浓缩液中固体废弃物含量约为20％，该部分称为人造石废渣。由于废渣表面含有不饱和热固性聚酯残余物，难以二次加工，在自然环境中不能降解，造成严重的环境污染，成为隐藏在光鲜亮丽的人造石背后的最大行业隐患，制约人造石行业的绿色可持续发展。据行业介绍，全国目前投产的人造石生产线有200多条，每条人造石生产线平均每天产生碳酸钙废渣约25吨，不仅造成严重环境污染和水污染，也是资源的极大浪费。如何实现人造岗石固废的资源化和无害化成为突破该行业绿色可持续发展的最大瓶颈。
聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)是由对苯二甲酸二甲酯或对苯二甲酸和1，3-丙二醇聚合而得的聚酯。PTT是继20世纪50年代聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和70年代聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)之后新研发的一种极具发展前途的新型聚酯高分子材料，1998年被美国评为六大石化新产品之一。PTT是一种具有较高的熔融温度和玻璃化温度的半结晶性高聚物，具有良好的耐磨性、耐热性和耐化学药品性，广泛应用于合成纤维、薄膜和工程塑料等领域。然而，PTT的较高的价格(主要由于1,3-丙二醇成本较高)和较大的成型尺寸收缩率限制了PTT的更广泛应用。
尽管人造岗石废渣表面包覆的不饱和树脂与PTT有结构上的相似性，但到目前为止，还未见有关于PTT/人造岗石废渣复合材料的制备的相关报道。
【发明内容】
本发明的目的之一是提供一种PTT/人造岗石废渣复合材料。
本发明的另一个目的是提供一种上述PTT/人造岗石废渣复合材料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种PTT/人造岗石废渣复合材料，由以下重量份数的原料组成：对苯二甲酸二甲酯100份、人造岗石废渣5-50份、丙二醇80-100份、酯交换催化剂0.01-0.5份和聚合催化剂0.01-0.5份。
进一步地，所述的人造岗石废渣为人造岗石生产过程中产生的废渣经湿法制粒，过筛，于100℃干燥8h后所得的粒径为小于30μm的粉状材料。
优选地，所述的丙二醇为1,3-丙二醇。
进一步地，所述的酯交换催化剂为三氧化二锑、钛酸四正丁酯或K2TiF6中的一种。
进一步地，所述的聚合催化剂为乙酸铜、乙酸镁或乙酸锌中的一种。
本发明所述的PTT/人造岗石废渣复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)酯交换：将对苯二甲酸二甲酯、二醇及酯交换催化剂按比例混合，得到混合物，然后置于带搅拌的反应器中，开启搅拌，控制反应温度为140～205℃，进行酯交换反应；
(2)聚合：当步骤(1)生成甲醇的物质的量高于对苯二甲酸二甲酯物质的量的1.6倍后，加入聚合催化剂，然后向其中加入人造岗石废渣，升高温度至240～280℃，调节真空度到40Pa以下进行缩聚反应，反应时间为4～6h，缩聚结束后控制温度为60-80℃，真空干燥24～48h，即得所述PTT/人造岗石废渣复合材料。
进一步地，所述的反应器为三颈烧瓶或不锈钢反应釜。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明制备的PTT/人造岗石废渣复合材料及其制备方法，很好的利用了人造岗石废渣特殊的表面特性和原位聚合体系粘度相对较低和剧烈的机械搅拌的特点，使得人造岗石废渣在体系中分散均匀，且与PTT基体有较好的界面相容，进而获得的复合材料综合力学性能优异，耐热性和成型收缩率均有明显的改善。
更重要的是，该方法制备的一种PTT/人造岗石废渣复合材料是一种不需要借助任何溶剂的原位聚合方法，极大的方便工业化生产。
【具体实施方式】
以下结合所示实施例对本发明作进一步的说明。所用的人造石废渣来自于广西利升石业有限公司，在使用前过500目筛子(筛除较粗的粒子)并干燥。
实施例1：
(1)将100g(0.515mol)对苯二甲酸二甲酯，80g 1,3-丙二醇及0.01g钛酸四正丁酯加入装有机械搅拌的250ml三颈烧瓶，控制反应温度为140℃进行酯交换；
(2)酯交换蒸出的甲醇量达到33.3ml(0.823mol)后，加入0.01g乙酸锌，5g人造岗石废渣，控制温度为240℃，在小于40Pa的压力下缩聚反应4h，缩聚结束后于80℃真空干燥24h即得产物，为PTT/人造岗石废渣复合材料。复合材料中人造岗石废渣含量约为4wt％。测量样品的力、热性能和成型收缩率。数值如表1。
实施例2：
(1)将100g(0.515mol)对苯二甲酸二甲酯，85g 1,3-丙二醇及0.05g K2TiF6加入装有机械搅拌的250ml三颈烧瓶，控制反应温度为160℃进行酯交换；
(2)酯交换蒸出的甲醇量达到33.3ml(0.823mol)后，加入0.05g乙酸铜，10g人造岗石废渣，控制温度为250℃，在小于40Pa的压力下缩聚反应4h，缩聚结束后于80℃真空干燥24h即得产物，为PTT/人造岗石废渣复合材料。复合材料中人造岗石废渣含量约为8wt％。测量样品的力、热性能和成型收缩率。数值如表1。
实施例3：
(1)将100g(0.515mol)对苯二甲酸二甲酯，90g 1,3-丙二醇及0.1g三氧化二锑加入装有机械搅拌的250ml三颈烧瓶，控制反应温度为180℃进行酯交换；
(2)酯交换蒸出的甲醇量达到33.3ml(0.823mol)后，加入0.1g乙酸镁，20g人造岗石废渣，控制温度为250℃，在小于40Pa的压力下缩聚反应4h，缩聚结束后于80℃真空干燥24h即得产物，为PTT/人造岗石废渣复合材料。复合材料中人造岗石废渣含量约为14wt％。测量样品的力、热性能和成型收缩率。数值如表1。
实施例4：
(1)将100g(0.515mol)对苯二甲酸二甲酯，95g 1,3-丙二醇及0.2g钛酸四正丁酯加入装有机械搅拌的250ml三颈烧瓶，控制反应温度为205℃进行酯交换；
(2)酯交换蒸出的甲醇量达到33.3ml(0.823mol)后，加入0.3g乙酸锌，3g人造岗石废渣，控制温度为250℃，在小于40Pa的压力下缩聚反应4h，缩聚结束后于80℃真空干燥24h即得产物，为PTT/人造岗石废渣复合材料。复合材料中人造岗石废渣含量约为20wt％。测量样品的力、热性能和成型收缩率。数值如表1。
实施例5：
(1)将100g(0.515mol)对苯二甲酸二甲酯，100g 1,3-丙二醇及0.5g钛酸四正丁酯加入装有机械搅拌的250ml三颈烧瓶，控制反应温度为205℃进行酯交换；
(2)酯交换蒸出的甲醇量达到33.3ml(0.823mol)后，加入0.5g乙酸锌，50g人造岗石废渣，控制温度为280℃，在小于40Pa的压力下缩聚反应4h，缩聚结束后于80℃真空干燥24h即得产物，为PTT/人造岗石废渣复合材料。复合材料中人造岗石废渣含量约为30wt％。测量样品的力、热性能和成型收缩率。数值如表1。
为了更好的说明本发明组分中PTT和人造岗石废渣复合的重要作用，比较例在实施例1的基础上考察了未加入人造岗石废渣所制得复合材料的性能影响，结果见表1。
比较例：
(1)将100g(0.515mol)对苯二甲酸二甲酯，80g 1,3-丙二醇及0.01g钛酸正四丁酯加入装有机械搅拌的250ml三颈烧瓶，控制反应温度为200℃进行酯交换；
(2)酯交换蒸出的甲醇量达到33.3ml(0.823mol)后，加入0.03g乙酸锌，控制温度为250℃，在小于40Pa的压力下缩聚反应4h，缩聚结束后于80℃真空干燥24h即得产物，为纯PTT。测量样品的力、热性能和成型收缩率。数值如表1。
表1
通过表1我们发现，人造岗石废渣的加入在保持PTT较高强度的同时，较大幅度提高了PTT的热稳定性和显著降低了它的成型收缩率。因而PTT/人造岗石废渣复合材料具有优异的综合性能。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种PTT/人造岗石废渣复合材料，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：对苯二甲酸二甲酯100份、人造岗石废渣5-50份、丙二醇80-100份、酯交换催化剂0.01-0.5份和聚合催化剂0.01-0.5份。
2.根据权利要求1所述的PTT/人造岗石废渣复合材料，其特征在于：所述的人造岗石废渣为人造岗石生产过程中产生的废渣经湿法制粒，过筛，于100℃干燥8h后所得的粒径为小于30μm的粉状材料。
3.根据权利要求1所述的PTT/人造岗石废渣复合材料，其特征在于：所述的丙二醇为1,3-丙二醇。
4.根据权利要求1所述的PTT/人造岗石废渣复合材料，其特征在于：所述的酯交换催化剂为三氧化二锑、钛酸四正丁酯或K2TiF6中的一种。
5.根据权利要求1所述的PTT/人造岗石废渣复合材料，其特征在于：所述的聚合催化剂为乙酸铜、乙酸镁或乙酸锌中的一种。
6.权利要求要求1至5任一项所述的PTT/人造岗石废渣复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)酯交换：将对苯二甲酸二甲酯、二醇及酯交换催化剂按比例混合，得到混合物，然后置于带搅拌的反应器中，开启搅拌，控制反应温度为140～205℃，进行酯交换反应；
(2)聚合：当步骤(1)生成甲醇的物质的量高于对苯二甲酸二甲酯物质的量的1.6倍后，加入聚合催化剂，然后向其中加入人造岗石废渣，升高温度至240～280℃，调节真空度到40Pa以下进行缩聚反应，反应时间为4～6h，缩聚结束后控制温度为60-80℃，真空干燥24～48h，即得所述PTT/人造岗石废渣复合材料。
7.根据权利要求6所述的PTT/人造岗石废渣复合材料的制备方法，其特征在于：所述的反应器为三颈烧瓶或不锈钢反应釜。
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