具有片层结构的聚醚醚酮纳米粉体的制备方法与流程

本发明属于聚醚醚酮制备领域，具体涉及一种具有片层结构的聚醚醚酮纳米粉体的制备方法。

背景技术：

聚醚醚酮是主链结构中含有一个酮键和两个醚键的重复单元构成的，属于芳香族半结晶型热塑性特种高分子材料。聚醚醚酮结构中含有三个苯环、两个醚键和一个羰基，这种特殊的结构使聚醚醚酮成为了“刚柔并济”的特种工程塑料，“刚”性使它具有较高的力学性能，具有较高的玻璃化转变温度(tg＝143℃)和熔点(tm＝343℃)；“柔”性则赋予了它相比于其他特种塑料较低的玻璃化转变温度，使它容易成型加工，这种“刚柔并济”也使它成为了一种拥有优异耐疲劳性能的材料。除此之外，它还拥有优异的耐化学药品性、绝缘性、耐水解性、耐辐射性、自润滑性等。正因为这些极其优异的性能，聚醚醚酮广泛应用于航天航空领域、电子信息领域、汽车行业和生物医用材料等领域。

随着科技的不断发展，许多材料被要求以粉体形式存在，这种粉体需要具备较小的粒径，严格的粒度分布及不同的颗粒外形，同时要求制备技术简单，成本低廉。由于超微粉体粒度的细微性、均匀性对产品均会产生较大影响，因此超微粉体的制备及形貌的控制是材料领域的研究热点之一。发展至今，超微粉体的制备方法主要有两种，分别为物理粉碎法和化学合成法。化学合成法操作繁琐，调控复杂，面临着试剂回收、环境污染等问题。而物理粉碎法工艺简单，成本较低，适用的物料广泛，对环境友好，受到了人们的关注。

由于聚醚醚酮优异的性能以及广泛的应用场所，对它的形貌、性能提出了严格的要求。由于聚醚醚酮具有良好的弹韧性，若直接用机械粉碎制备聚醚醚酮超微粉体存在形貌不可控、粉碎不均一、粒度不均、产量低、设备发热严重、对设备损耗大等缺点。

技术实现要素：

本发明是为了克服现有技术中存在直接用机械粉碎制备聚醚醚酮超微粉体存在形貌不可控、粉碎不均一、粒度不均、产量低、设备发热严重、对设备损耗大等缺点而提出的，其目的是提供一种具有片层结构的聚醚醚酮纳米粉体的制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种具有片层结构的聚醚醚酮纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：

(ⅰ)前处理

将颗粒状聚醚醚酮置于真空干燥箱中除水干燥，得到聚醚醚酮粒料；

(ⅱ)粉碎机预冷

打开液氮泵开关，将液氮通入粉碎机，对其进行粉碎前预冷；

(ⅲ)聚醚醚酮粒料粉碎

将聚醚醚酮粒料通过加料口，加入到预冷后的超微粉碎机中进行粉碎，在粉碎过程中，保持液氮的持续加入，粉碎结束后，于收集袋中收集粉碎后的聚醚醚酮粉料；

(ⅳ)聚醚醚酮粉料湿法球磨

将步骤(ⅲ)所得聚醚醚酮粉料置于球磨罐中，按比例加入聚醚醚酮粉料、磨球、溶剂进行湿法球磨；

(ⅴ)聚醚醚酮粉料清洗干燥

向步骤(ⅳ)所得聚醚醚酮粉料加入洗涤溶剂，进行离心操作，离心后收集固体物料于真空干燥箱中除水干燥，即得具有片层结构的聚醚醚酮纳米粉体。

所述步骤(ⅲ)聚醚醚酮粒料粉碎中液氮加入量通过液氮泵进行控制，所述液氮加入量为0.4ml/min～3ml/min。

所述步骤(ⅰ)中的颗粒状聚醚醚酮为粒料、微米级粉料的任意一种。

所述步骤(ⅰ)中真空干燥温度为60℃～180℃，时间为2h～12h。

所述步骤(ⅱ)粉碎机预冷的预冷时间为15min～60min。

所述步骤(ⅳ)聚醚醚酮粉料湿法球磨中球磨转速为300rpm～600rpm，球磨时间为1h～4h。

所述步骤(ⅳ)聚醚醚酮粉料湿法球磨中溶剂为硫酸、氯磺酸、酒精、蒸馏水中的任意一种或多种的组合。

所述步骤(ⅳ)聚醚醚酮粉料湿法球磨中聚醚醚酮粉料、磨球和溶剂的加入质量比为1：1：0.8～1.2。

所述步骤(ⅴ)聚醚醚酮粉料清洗干燥中洗涤溶剂为酒精、蒸馏水中的任意一种或几种。

所述步骤(ⅴ)聚醚醚酮粉料清洗干燥中离心转速为6000rpm～10000rpm，时间为5min～15min。

与现有技术比较，本发明的有益效果是：

本发明针对性能优异的韧性高分子材料聚醚醚酮，将超低温液氮粉碎技术和湿法球磨技术相结合，在粉碎过程中维持液氮的加入，不仅有利于聚醚醚酮的超微粉碎，而且能使粉碎设备维持较低的温度，降低机械粉碎带来的高温，从而确保整个粉碎工艺能够持续安全进行，也降低了对设备的损耗。此外，液氮气化过程中在出料口形成连续气压，通过调整液氮流量可以控制气流大小，有利于在出料口对聚醚醚酮超微粉进行分散，降低其团聚程度。之后的湿法球磨过程，通过硫酸的磺化作用，可以调控聚醚醚酮表面的粗糙程度。该发明专利为聚醚醚酮等各类韧性高分子材料超微粉的制备提供了理想的解决方案。本发明涉及的制备方法简单、操作方便、成本低廉、设备损耗小，适合推广应用。本发明所得聚醚醚酮超微粉体呈片层结构，表面粗糙可以调控，厚度为纳米级，片层结构有利于提高接触面积，利于材料之间的插层，为聚醚醚酮与其他材料复合提供技术支持。

附图说明

图1是本发明实施例1所得产物的x射线衍射图；

图2是本发明实施例1所得产物的红外光谱图；

图3是本发明实施例1所得产物的扫描电镜图；

图4是本发明实施例2所得产物的x射线衍射图；

图5是本发明实施例2所得产物的红外光谱图；

图6是本发明实施例2所得产物的扫描电镜图；

图7是本发明实施例3所得产物的x射线衍射图；

图8是本发明实施例3所得产物的红外光谱图；

图9是本发明实施例3所得产物的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合说明书附图及实施例对本发明具有片层结构的聚醚醚酮纳米粉体的制备方法进行详细说明：

一种具有片层结构的聚醚醚酮纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：

(ⅰ)前处理

将颗粒状聚醚醚酮置于真空干燥箱中除水干燥，得到聚醚醚酮粒料；

所述颗粒状聚醚醚酮为粒料、微米级粉料的一种；

所述真空干燥温度为60℃～180℃，时间为2h～12h。

(ⅱ)粉碎机预冷

打开液氮泵开关，将液氮通入粉碎机，对其进行粉碎前预冷；

所述粉碎机为气流式超微粉碎机、机械式超微粉碎机中的任意一种。

所述预冷时间为15min～60min。

(ⅲ)聚醚醚酮粒料粉碎

将聚醚醚酮粒料通过加料口，加入到预冷后的超微粉碎机中进行粉碎，在粉碎过程中，保持液氮的持续加入，液氮加入量通过液氮泵进行控制，液氮加入量为0.4ml/min～3ml/min粉碎结束后，于收集袋中收集粉碎后的聚醚醚酮粉料；

(ⅳ)聚醚醚酮粉料湿法球磨

将步骤(ⅲ)所得聚醚醚酮粉料置于球磨罐中，按比例加入聚醚醚酮粉料、磨球、溶剂进行湿法球磨；

所述球磨转速为300rpm～600rpm，球磨时间为1h～4h。

所述洗涤溶剂为酒精、蒸馏水中的一种或几种。

所聚醚醚酮粉料：磨球：溶剂配比为1：1：0.8、1：1：1、1：1：1.2中的一种。

(ⅴ)聚醚醚酮粉料清洗干燥

向步骤(ⅳ)所得聚醚醚酮粉料加入洗涤溶剂，进行离心操作，离心后收集固体物料于真空干燥箱中除水干燥，即得具有片层结构的聚醚醚酮纳米粉体。

所述洗涤溶剂为酒精、蒸馏水中的任意一种或几种；

所述离心转速为6000～10000rpm，时间为5～15min。

实施例1

一种具有片层结构的聚醚醚酮纳米粉体，其制备方法包括如下步骤：

1)称取1000g的聚醚醚酮粒料，置于真空干燥箱中，于120℃下除水干燥10h，得到干燥后的聚醚醚酮粒料；

2)打开液氮泵开关，调节液氮流量为1ml/min，对气流粉碎机进行预冷30min；

3)打开气流式超微粉碎机开关，等待30s，待粉碎机稳定后，将步骤1)所得的聚醚醚酮粒料加入气流式超微粉碎机进料口，维持液氮流量为1ml/min，开始超低温粉碎；

4)在粉碎机出料口处的收集袋中收集超低温粉碎制备的聚醚醚酮粉料；

5)将步骤4)所得的聚醚醚酮粉料置于球磨罐中，按照物料、磨球、溶剂＝1：1：0.8，进行湿法球磨，溶剂为浓度为1％的稀硫酸，球磨转速为400rpm，时间为2h，球磨结束后得到聚醚醚酮粉料；

7)将步骤5)所得的聚醚醚酮粉料放入离心管中，用酒精和水交替离心，离心转速为8000rpm，时间为5min；

8)将步骤7)所得的聚醚醚酮置于真空干燥箱中，于120℃除水干燥10h，得到聚醚醚酮粉料。

图1为本实施例所得产物的x射线衍射图谱，结果表明所得产物晶体结构没有发生变化；图2为本实施例所得产物的红外光谱图，结果表明所得产物官能团没有发生变化。图3为本实施例所得产物的扫描电镜图，结果表明所得产物为片层结构，表面较为光滑。

实施例2

一种具有片层结构的聚醚醚酮纳米粉体，其制备方法包括如下步骤：

1)称取1000g的聚醚醚酮粒料，置于真空干燥箱中，于120℃下除水干燥10h，得到干燥后的聚醚醚酮粒料；

2)打开液氮泵开关，调节液氮流量为1ml/min，对气流粉碎机进行预冷30min；

3)打开气流式超微粉碎机开关，等待30s，待粉碎机稳定后，将步骤1)所得的聚醚醚酮粒料加入气流式超微粉碎机进料口，维持液氮流量为1ml/min，开始超低温粉碎；

4)在粉碎机出料口处的收集袋中收集超低温粉碎制备的聚醚醚酮粉料；

5)将步骤4)所得的聚醚醚酮粉料置于球磨罐中，按照物料、磨球、溶剂＝1：1：0.8，进行湿法球磨，溶剂为浓度为5％的稀硫酸，球磨转速为400rpm，时间为2h，球磨结束后得到聚醚醚酮粉料；

7)将步骤5)所得的聚醚醚酮粉料放入离心管中，用酒精和水交替离心，离心转速为8000rpm，时间为5min；

8)将步骤7)所得的聚醚醚酮置于真空干燥箱中，于120℃除水干燥10h，得到聚醚醚酮粉料。

图4为本实施例所得产物的x射线衍射图谱，结果表明所得产物晶体结构没有发生变化；图5为本实施例所得产物的红外光谱图，结果表明所得产物官能团没有发生变化。图6为本实施例所得产物的扫描电镜图，结果表明所得产物具有片层结构，表面粗糙度增加。

实施例3

一种具有片层结构的聚醚醚酮纳米粉体，其制备方法包括如下步骤：

1)称取1000g的聚醚醚酮粒料，置于真空干燥箱中，于120℃下除水干燥10h，得到干燥后的聚醚醚酮粒料；

2)打开液氮泵开关，调节液氮流量为1ml/min，对气流粉碎机进行预冷30min；

3)打开气流式超微粉碎机开关，等待30s，待粉碎机稳定后，将步骤1)所得的聚醚醚酮粒料加入气流式超微粉碎机进料口，维持液氮流量为1ml/min，开始超低温粉碎；

4)在粉碎机出料口处的收集袋中收集超低温粉碎制备的聚醚醚酮粉料；

5)将步骤4)所得的聚醚醚酮粉料置于球磨罐中，按照物料、磨球、溶剂＝1：1：0.8，进行湿法球磨，溶剂为浓度为10％的稀硫酸，球磨转速为400rpm，时间为2h，球磨结束后得到聚醚醚酮粉料；

7)将步骤5)所得的聚醚醚酮粉料放入离心管中，用酒精和水交替离心，离心转速为8000rpm，时间为5min；

8)将步骤7)所得的聚醚醚酮置于真空干燥箱中，于120℃除水干燥10h，得到聚醚醚酮粉料。

图7为本实施例所得产物的x射线衍射图谱，结果表明所得产物晶体结构没有发生变化；图8为本实施例所得产物的红外光谱图，结果表明所得产物官能团没有发生变化。图9为本实施例所得产物的扫描电镜图，结果表明所得产物为片层状结构，表面较为粗糙。

本发明结合超低温粉碎技术和湿法球磨技术成功制备了具有片层结构的聚醚醚酮纳米粉体，利用液氮超低温及聚醚醚酮冷脆性的特点，在粉碎过程中始终保持超低温的状态，使原本弹韧的聚醚醚酮转变为硬而脆的状态，通过粉碎机刀片的剪切和摩擦作用，初步制备聚醚醚酮粉体。在湿法球磨过程，通过硫酸的酸化和磨球的摩擦、剪切作用，制备了不同粗糙程度的片层状聚醚醚酮纳米粉体。

本发明针对性能优异的韧性高分子材料聚醚醚酮，将超低温液氮粉碎技术和湿法球磨技术相结合，在粉碎过程中维持液氮的加入，不仅有利于聚醚醚酮的超微粉碎，而且能使粉碎设备维持较低的温度，降低机械粉碎带来的高温，从而确保整个粉碎工艺能够持续安全进行，也降低了对设备的损耗。此外，液氮气化过程中在出料口形成连续气压，通过调整液氮流量可以控制气流大小，有利于在出料口对聚醚醚酮超微粉进行分散，降低其团聚程度。之后的湿法球磨过程，通过硫酸的磺化作用，可以调控聚醚醚酮表面的粗糙程度。该发明专利为聚醚醚酮等各类韧性高分子材料超微粉的制备提供了理想的解决方案。本发明涉及的制备方法简单、操作方便、成本低廉、设备损耗小，适合推广应用。本发明所得聚醚醚酮超微粉体呈片层结构，表面粗糙可以调控，厚度为纳米级，片层结构有利于提高接触面积，利于材料之间的插层，为聚醚醚酮与其他材料复合提供技术支持。