一种聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的制备方法，是氯化锂作用下，在碱性环境中无水硫化钠与二氯苯反应得到片层状的聚苯硫醚；再在N‑二甲基吡咯烷酮中片层状聚苯硫醚和四氧化三铁进行高温反应，得到苯硫醚/四氧化三铁复合材料。该复合材料中，使四氧化三铁填充聚苯硫醚片层空隙，可以提高聚苯硫醚的疏水性能；四氧化三铁粒子与聚苯硫醚复合同时也能提高其储能模量和抗冲击性能，从而使聚苯硫醚复合材料的应用更加广泛。

Preparation of polyphenylene sulfide/ferric oxide composite

The invention discloses a preparation method of polyphenylene sulfide/ferric oxide composite material. Under the action of lithium chloride, anhydrous sodium sulfide reacts with dichlorobenzene to obtain lamellar polyphenylene sulfide in alkaline environment, and then reacts lamellar polyphenylene sulfide and ferric tetroxide in N dimethylpyrrolidone at high temperature to obtain phenylene sulfide/ferric tetroxide composite material. The hydrophobicity of polyphenylene sulfide can be improved by filling the voids of polyphenylene sulfide sheets with ferric oxide, and the composite of ferric oxide particles and polyphenylene sulfide can also improve its energy storage modulus and impact resistance, thus making the application of Polyphenylene Sulfide Composites more extensive.

【技术实现步骤摘要】
一种聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种聚苯硫醚复合材料的制备方法，尤其涉及一种聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的制备方法，属于材料制备领域。
技术介绍
聚苯硫醚（Polyphenylenesulfide，缩写PPS）是分子中含有对亚苯基硫醚重复结构单元的聚合物，是一种新型功能性工程塑料，在电子、汽车、机械及化工领域均有广泛应用。聚苯硫醚的微观形态有片层状、球状、花状、网状等结构，可以很容易的负载小尺寸的纳米粒子以提高其性能。聚苯硫醚可视为一种非传统的新型材料，具有稳定机械尺寸、高绝缘性、高韧性、耐溶剂、耐高温等许多优良的特性。聚苯硫醚是一种两疏性物质，但是它的疏水角在70°，并且PPS可以作为复合材料基底存在，加入活性剂可以降低界面间的能量。因此利用具有更多孔隙结构的聚苯硫醚可以更好的与其它材料发生复合，因而得到更好的疏水材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的制备方法一、聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的制备（1）无水硫化钠溶液的制备将九水合硫化钠分散于N-二甲基吡咯烷酮中，持续通入氮气隔氧保护，于150~160℃下反应1.5~2h，得到无水硫化钠溶液。为了达到更好的效果，九水合硫化钠以10~12g/mL的质量体积比分散于N-二甲基吡咯烷酮中。持续通入氮气的气体速率为10~15mL/min。（2）片状聚苯硫醚的制备以氯化锂为催化剂，与上述制备的无水硫化钠溶液混匀，用氢氧化钠调溶液至pH=13~14，然后升温至70~80℃，加入对二氯苯，搅拌下持续通入氮气，此时溶液为墨绿色；然后升温至220~225℃，恒温反应2~2.5h；此时溶液为黑色；洗涤，过滤，干燥，得到片层状的聚苯硫醚。氯化锂催化剂与无水硫化钠的质量比为1:4~1:5。为了有利于加快催化反应，将催化剂以10~12g/mL的质量体积比分散于N-二甲基吡咯烷酮。反应中加入氢氧化钠调至溶液碱性的原因是二价硫离子在溶液中为弱酸性物质，而亲核取代反应中弱碱性条件更容易反应；氢氧化钠和氯化锂同时也作为反应助剂，促进了亲核取代反应。对二氯苯与硫化钠的质量比为1:1.5~1:2。反应中硫化钠与对二氯苯为聚合物提供原料，在此基础上进行链增长反应，生成高度聚合的聚苯硫醚；在洗涤过程中用去离子水热过滤，乙醇淋洗，将反应过程中产生的低聚物、无机盐等杂质除净。（3）聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的制备将上述制备的片层状聚苯硫醚和四氧化三铁以1:0.1~1:0.03的质量比分散到N-二甲基吡咯烷酮中，先于200~220℃搅拌反应3.5~4h，再升温至270~275℃，继续搅拌反应1.5~2h，得到灰色有磁性的沉淀物；过滤，用去离子水与乙醇的混合液反复洗涤，干燥，得到聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料。上述分段加热的目的是第一步使片层充分打开，提供掺杂空隙；第二步使四氧化三铁充分粘附在片层的里表面，进而提高复合材料的疏水效果。为了达到更好的复合材料的疏水效果，聚苯硫醚与四氧化三铁两种化合物以10~12mg/mL质量体积比分散于N-二甲基吡咯烷酮中。图1为本专利技术制备的聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的扫描电镜图。从图1中可以看到，聚苯硫醚呈三维网络状，且具有大规模的孔隙结构。因此可以很容易的在空隙中引入四氧化三铁纳米粒子，从而制得由各种基团修饰的聚苯硫醚复合材料。图2为本专利技术制备的聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的红外光谱图。通过图2说明，负载四氧化三铁的聚苯硫醚呈现Fe-O键官能团结构，这种化学键对证明确为四氧化三铁填充聚苯硫醚片层空隙，进而提高其疏水性能。图3为本专利技术制备的聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的X射线粉末衍射图。图3显示四氧化三铁对聚苯硫醚的本身的晶型没有太大影响，证明掺杂之后的样品的结晶性能等优异性能都不会发生改变二、聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的疏水性能测试方法：1、先打开接触角测试仪进行半小时预热，打开显微照相机、选择样品测试条件进行测试；2、准备5μm的注射器，用蒸馏水润洗3次；准备滤纸，调节样品台清晰度；3、用制备的四氧化三铁/聚苯硫醚复合材料以5:1的质量体积比比例与环氧树脂进行混合，放入压片机将用压片机压好的样品（半径约1cm）放在样品台上；4、将注射器吸满水之后滴在样品上，观察当低落相同时间时对样品测试结果的影响，测量三次取平均值。测试结果：复合材料的水接触角大约在112°~140°，说明聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料具有更大的疏水性（而片状聚苯硫醚的水接触角只有70°~84.3°），因此可以用于制备疏水膜材料、疏水外套、疏水雨伞等，从而使聚苯硫醚复合材料的应用更加广泛。实验还表明，采用四氧化三铁粒子与聚苯硫醚复合同时也能提高其储能模量和抗冲击性能。附图说明图1为本专利技术制备的聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料在60℃下干燥后的扫描电镜图。图2为本专利技术制备的聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的傅里叶红外光谱图。图3为本专利技术制备的聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的X射线粉末衍射图。具体实施方式下面通过具体实例对本专利技术制备的聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的制备、性能等作进一步说明。实施例1（1）无水硫化钠的制备：称取九水合硫化钠79.5g，加入到180mLN-二甲基吡咯烷酮中，持续通入氮气隔氧保护（氮气流速保持在10mL/min）下，在150~160℃中反应1h，得到绿色的无水硫化钠溶液，降温后倒入反应釜中；（2）片层状聚苯硫醚的制备：将步骤（1）所得无水硫化钠溶液，以6.225g无水氯化锂为催化剂加入到高温高压反应釜中混匀，在室温、搅拌（搅拌速度为40r/min）下加入氢氧化钠将溶液调至碱性（pH=13~14），升温至70℃，搅拌下加入44.1g对二氯苯，得到墨绿色溶液；密封反应釜后，在搅拌（搅拌速度为900r/min）下持续通入氮气（通入氮气速率为10mL/min）来置换反应釜中空气；然后升温至220℃，保持此温度反应2.5h，此时溶液为黑色；用去离子水、乙醇反复洗涤，60℃热过滤，60℃下干燥，得到10.5g片层状的聚苯硫醚；（3）四氧化三铁的制备：称取2.96gFeCl3溶于32mL乙二醇溶液中，加入0.8g聚乙二醇（2000），搅拌均匀后加入1.44g三水合醋酸钠，搅拌2h，转移至高压反应釜中，180℃反应10小时，降至室温后抽滤，使用去离子水、乙醇洗涤，烘干待用；（4）聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的制备：取1g片层状聚苯硫醚，0.03g四氧化三铁，加入到（3）步骤的过滤液中，于200~220℃搅拌反应3.5~4h，270~275℃搅拌反应1.5~2h，得到灰色沉淀物质；降至室温后过滤，用去离子水与乙醇的混合液反复洗涤，60℃干燥，得到聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的，其水接触角大约为112°。实施例2（1）无水硫化钠的制备：同实施例1；（2）片层状聚苯硫醚的制备：同实施例1；（3）四氧化三铁的制备：同实施例1；（4）聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的制备：取1g片层状聚苯硫醚，0.1g四氧化三铁，加入到（3）步骤的过滤液中，于200~220℃搅拌反应3.5~4h，270~275℃搅拌反应1.5~2h，得到灰色沉淀物质；降至室温后过滤，用去离子水与乙醇的混合液反复洗涤，60℃干燥，得到复合材料，其水接触角大约为124°。实施例3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的制备方法，包括以下工艺步骤：（1）无水硫化钠溶液的制备：将九水合硫化钠分散于N‑二甲基吡咯烷酮中，持续通入氮气隔氧保护，于150~160℃下反应1.5~2 h，得到无水硫化钠溶液；（2）片层状聚苯硫醚的制备：以氯化锂为催化剂，与无水硫化钠溶液混匀，用氢氧化钠调溶液至pH=13~14，然后升温至70~80℃，加入对二氯苯，搅拌下持续通入氮气，此时溶液为墨绿色；然后升温至220~225℃，恒温反应2~2.5 h；此时溶液为黑色；洗涤，过滤，干燥，得到片层状的聚苯硫醚；（3）聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的制备：将片层状聚苯硫醚和四氧化三铁分散于N‑二甲基吡咯烷酮中，先于 200~220℃ 搅拌反应3.5~4 h，再升温至270~275℃，继续搅拌反应1.5~2h，得到灰色沉淀的物质；降温后加入去离子水，过滤，用去离子水与乙醇的混合液反复洗涤，过滤，干燥，得到聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的制备方法，包括以下工艺步骤：（1）无水硫化钠溶液的制备：将九水合硫化钠分散于N-二甲基吡咯烷酮中，持续通入氮气隔氧保护，于150~160℃下反应1.5~2h，得到无水硫化钠溶液；（2）片层状聚苯硫醚的制备：以氯化锂为催化剂，与无水硫化钠溶液混匀，用氢氧化钠调溶液至pH=13~14，然后升温至70~80℃，加入对二氯苯，搅拌下持续通入氮气，此时溶液为墨绿色；然后升温至220~225℃，恒温反应2~2.5h；此时溶液为黑色；洗涤，过滤，干燥，得到片层状的聚苯硫醚；（3）聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的制备：将片层状聚苯硫醚和四氧化三铁分散于N-二甲基吡咯烷酮中，先于200~220℃搅拌反应3.5~4h，再升温至270~275℃，继续搅拌反应1.5~2h，得到灰色沉淀的物质；降温后加入去离子水，过滤，用去离子水与乙醇的混合液反复洗涤，过滤，干燥，得到聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料。2.如权利要求1所述聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，九水合硫化钠以10~13g/mL的质...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫尊理，欧阳美璇，陈颖，燕敏，董奇兵，郭瑞斌，刘妮娟，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62