纳米硼酸锌复合PET的原位催化制备及其性能研究

《纳米硼酸锌复合PET的原位催化制备及其性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代码：10255学号：2160408东华大学硕士学位论文纳米硼酸锌复合PET的原位催化制备及其性能研究StudyonSynthesisandPropertiesofCompositePETCatalyzedbyNano-ZincBorate学科专业：材料工程作者姓名：陈涛导师姓名：俞昊答辩日期：2018年5月纳米硼酸锌复合PET的原位催化制备及其性能研究纳米硼酸锌复合PET的原位催化制备及其性能研究摘要聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种常见的热塑性材料，具有良好的力学性能、可纺性、抗摩擦磨损性、抗蠕变功能和绝缘功能，现在PET已经大规

2、模用于纺织制造业、薄膜行业以及聚酯瓶等相关领域。目前制备PET所用催化剂基本为锑(Sb)系，Sb系具有较好的催化能力，但Sb是一种重金属元素，对环境产生的污染较为严重，对人体具有毒性。所以一种无重金属催化剂的使用就显的格外重要。同时PET在碰到火源时极易燃烧，在使用过程中易存在火灾隐患，因此提高PET的阻燃性能，也是非常重要的研究课题。本文合成了纳米级低水硼酸锌(ZB)，采用控制变量法对合成工艺进行了研究。通过原位聚合的改性方法，将ZB加入体系中参与酯化缩聚反应合成了PET/ZB复合物。通过考察PET聚合过程中的缩聚时间、产物特性粘度、色度

3、以及熔融指数等，比较了乙二醇锑与ZB的催化效果，以及不同添加量的ZB对PET聚合过程的影响。采用DSC和TGA、电子万能试验机等对PET/ZB纳米复合物的热性能和力学性能进行一系列相关表征。利用极限氧指数仪、垂直燃烧仪、拉曼光谱对PET/ZB阻燃性能进行探索性研究。本论文通过对纳米ZB的制备工艺的优化确定了：原料比n(六水I纳米硼酸锌复合PET的原位催化制备及其性能研究硝酸锌):n(十水硼砂)=1:1；液固比为1:1，溶液PH值为6.0~6.5；搅拌速度为300rpm；在85℃的水浴锅中反应时间6h，成功制备了化学式为3ZnO·3B2O3·

4、3.5H2O(ZB3335)的新型硼酸锌颗粒，合成的纳米ZB通过SEM观察形貌为棒状结构，ZB直径80-100nm，长度小于等于250nm。纳米ZB失去结晶水温度为370℃左右。对ZB的催化能力进行表征，与乙二醇锑相比，纳米ZB的在聚合过程中表现出的催化活性更强。纳米ZB含量为0.25wt%时，与0.03wt%浓度的乙二醇锑相比，缩聚时间为1.5h，特性粘度为0.606dL/g，熔融指数MI值为46.235g/10min，聚酯透明度下降，产物黄色增加，缩聚阶段催化能力明显增加。采用SEM研究了纳米ZB在PET中的分散情况。结果表明，ZB的含

5、量低于0.25wt%时，在PET中分散性较好。ZB的添加量为0.375wt%时，在PET中分散效果一般，但整体上还是呈较为均匀的分散状态。这说明纳米ZB通过原位聚合工艺可以均匀分散在PET基体中。对PET/ZB力学性能进行表征，当ZB添加量为0.25wt%时，拉伸强度从26.43Mpa提升到46.98MPa，杨氏模量从1654.8Mpa增加到2437.15MPa，断裂伸长率从2.135%增加到3.207%，PET/ZB复合物表现出较好的力学性能。若ZB添加量继续增加，各项力学指标都有所下降。添加ZB后制备的PET经过DSC测试，从Tg、Tm

6、和Tmc数据观察并无明显变化，说明ZB的加入不会显著改变PET的热性能。TGA测试表明，在700℃条件下残余的质量有所提高，说明ZB的加入促进了炭层的生成。II纳米硼酸锌复合PET的原位催化制备及其性能研究对PET/ZB的阻燃性能进行研究表明，相同含量的乙二醇锑和ZB催化制备的PET，PET/ZB(0.03wt%)的LOI值从22.0%增加到24.8%。其次当纳米ZB的含量从0.03wt%增加至0.375wt%时，PET/ZB的LOI值也从24.8%上升至26.0%。当体系中ZB为0.25wt%时，LOI值达到了25.7%，阻燃性能明显改善

7、。关键词：硼酸锌，聚酯，原位聚合，催化剂，纳米复合材料III纳米硼酸锌复合PET的原位催化制备及其性能研究STUDYONSYNTHESISANDPROPERTIESOFCOMPOSITEPETCATALYZEDBYNANO-ZINCBORATEABSTRACTPolybutyleneterephthalate(PET)isatypicalsemi-crystallinethermoplasticpolyesterobtainedbyesterificationandpolycondensationofterephthalicacid(PTA

8、)andethyleneglycol(EG).PEThasgoodmechanicalproperties,fiberforming,abrasion-resistantcapa