一種聚酰胺粘土納米復合材料的制法制造技術

本發(fā)明專利技術一種聚酰胺／粘土納米復合材料及其制備方法是將經(jīng)插層處理的粘土與聚酰胺在雙螺桿擠出機上熔融共混擠出，通過受限空間內的力化學作用使粘土與聚酰胺基體結合并以納米尺度均勻分散，從而制備成高性能納米復合材料。本發(fā)明專利技術的制法操作簡單，不用溶劑，不需后處理，降低了成本，能達到插層聚合的效果。（*該技術在2017年保護過期，可自由使用*）

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及一種聚酰胺(尼龍)復合材料，特別涉及到聚酰胺與無機材料組成的復合材料。尼龍是一種廣泛應用的工程塑料，具有優(yōu)良的物理、機械性能，但由于酰胺基團的存在，尼龍的吸水率高，熱變形溫度低，模量低，限制了其應用。通常采用填充改性的方法來改善其尺寸穩(wěn)定性和提高剛度，但導致材料強度特別是沖擊韌性下降。制備納米復合材料是填充改性的新途徑。由于納米尺度效應和強的界面相互作用，使納米復合材料具有優(yōu)異的力學性能、耐熱性和良好的加工性能。中國專利CN1138593A公開了一種插層聚合制備聚酰胺/粘土納米復合材料方法。被稱作“一步法”的上述專利制備過程為，將粘土的插層膨脹化處理與處理后粘土與聚酰胺單體的聚合在反應器內一次完成，使層狀硅酸鹽粘土通過庫侖力和共價鍵與聚酰胺基體結合并以納米尺度均勻分散，從而獲得具優(yōu)異性能的聚酰胺/粘土納米復合材料。上述專利的缺點是，插層聚合過程需大量水分散介質將單體與插層土均勻分散，在聚合之前又需將水減壓蒸餾除去，以保證反應順利進行，因此能耗大，并需對生產(chǎn)設備作相應改進。所以插層聚合主要適用于固定配方的大批量生產(chǎn)，不適于多品種，小批量生產(chǎn)。為了適應市場需要多品種，小批量生產(chǎn)的實際要求，本專利技術提供了一種熔體插層制備具有高性能的聚酰胺/粘土納米復合材料及其制備方法。熔體插層是直接將高分子鏈插入到準二維硅酸鹽粘土片層之間并使其解離，得到高分子聚合物/粘土納米復合材料。將無機物的剛性、耐熱性與聚合物的韌性、可加工性在納米尺度上相結合，制備的復合材料性能大幅度超過傳統(tǒng)共混改性的材料，且與插層聚合的復合材料的性能相當。本專利技術的聚酰胺/粘土納米復合材料原料包括如下組分和含量(重量份)聚酰胺100插層土 1-50添加劑 0.05-5本專利技術所用的聚酰胺是尼龍6、尼龍66、尼龍12、尼龍610等。本專利技術可用工業(yè)級的上述聚酰胺作為原料。本專利技術使用的插層土是一種經(jīng)插層膨脹化處理的粘土。插層土包括如下組分和含量(重量份)粘土1-50插層劑 0.4-20質子化劑0.01-1.0本專利技術所提供的粘土是一類礦物主要成份為含85-93％蒙脫土(Mont)的層狀硅酸鹽。其單位晶胞由兩層硅氧四面體中間夾帶一層鋁氧八面體組成，兩者之間靠共用氧原子連接，單位晶胞表面積為2×5.15×8.9A2，晶胞重700-800g/mol。蒙脫土粘土層內表面帶有負電荷，每個負電荷占據(jù)面積25-200A2，比表面積700-800m2/g。層間陽離子Na+、Ca2+、Mg2+等是可交換性陰離子，用有機銨鹽交換后，可使高分子鏈插入到層間。粘土礦物質具有陽離子交換總容量(CEC)50-200meq/100g。粘土粒徑一般為40-70μm，片層厚度為9.6，層間距離為2-5，插層土的層間距離增加到15-20。經(jīng)熔體插層后粘土片層間距增加到30-50，粘土片層間距愈大，復合材料的性能愈好。粘土含量在本專利技術中為1-50(重量份)，當含量低于1份，粘土不足以產(chǎn)生足夠的增強作用和耐熱性，當含量超過50份，材料難以擠出造粒。在本專利技術中，粘土最佳含量為3-20份。本專利技術采用的插層劑為長鏈烷基季銨鹽、己二酸己二胺鹽、6-氨基己酸、十二氨基酸等。本專利技術的質子化劑可以是硫酸、磷酸、鹽酸、磺酸、醋酸等質子酸。本專利技術采用的添加劑為潤滑劑、抗氧劑、增韌劑、成核劑等，其作用是改善無機填料與有機高分子基體之間的相容性，控制樹脂的結晶形態(tài)以改善復合材料的韌性、剛度和進一步降低球晶尺寸，提高復合材料的透明度，提高加工效率。潤滑劑可以是液體石臘、聚乙烯臘等。抗氧劑可為抗氧劑264、抗氧劑CA、抗氧劑1010等。添加劑可單獨或配合使用。本專利技術聚酰胺/粘土納米復合材料制備方法是按下述步驟進行(1)將陽離子交換總容量為50-200meq/100g的粘土1-50份在20-800份的水分散介質的存在下高速攪拌，形成穩(wěn)定懸浮體系。(2)將插層劑0.4-20份在水分散介質5-200份和質子化劑0.01-1份存在下攪拌形成質子化溶液，注入到上述粘土懸浮液中。(3)將上述混合液在60-100℃下高速攪拌3h后過濾干燥，經(jīng)粉碎得到插層土。(4)然后將100份聚酰胺和添加劑0.05-1份在高速捏合機中高速攪拌5-10分鐘，再加入插層土1-50份使之混合均勻后在190℃-250℃下以雙螺桿擠出機擠出，即可出料備用。該復合材料可在注射溫度為210℃-240℃，注射壓力為60-120MPa的加工條件下注射成型。雙螺桿轉速、螺桿構型與常規(guī)填充復合相同。本專利技術提供的熔體插層技術是首先將插層劑插入到準二維硅酸鹽粘土材料片層間使粘土片層撐開，進而依靠高分子鏈同插層劑有機基團間的相互作用及螺桿的剪切力將高分子鏈插入到硅酸鹽片層間并將片層解離，使粘土達到納米尺度的均勻分散，形成高分子聚合物/粘土納米復合材料。與插層聚合法相比，耗時短，操作簡單，效率高，易于工業(yè)化應用，且性能與原位插層聚合材料相當。本專利技術熔體插層復合材料的粘土分散相尺度為20-50nm，達到納米尺度的分散，形成了聚合物基納米復合材料。聚合物基體與無機分散相間有很強的相互作用，充分將無機物的高強度、高耐熱性與高分子良好的韌性、可加工性相結合，得到了性能優(yōu)異的復合材料。本專利技術提供的聚酰西胺/粘土納米復合材料，其增強效應超過傳統(tǒng)共混工藝所制備的復合材料，尤其是耐熱性有大幅度提高，且沖擊韌性不下降，綜合性能與原位插層聚合復合材料相當。大的增強效應可認為是粘土片層在聚合物基體中納米尺度的分散及其與聚合物基體間強的界面相互作用。實施例1.將陽離子交換總容量為100meq/100g的粘土10g，加水800g，待分散均勻后高速攪拌0.5小時，得到粘土懸浮液A。在濃鹽酸1g和5g十六烷基三甲基銨中，加水200g，升溫至60-100℃攪拌，直至形成均勻質子化溶液B。保溫60-100℃，將B液滴加到A液中，高速攪拌3小時，冷卻過濾、水洗、干燥、機械粉碎、真空干燥得到插層土。然后將1000g聚酰胺和1g液體石臘或聚乙烯臘在高速捏合機中高速攪拌5分鐘，再加入插層土10g攪拌5分鐘后在擠出機上擠出，擠出機各段溫度為200，240℃，240℃，220℃。造粒干燥后在注射機上注射成型，其注射機各段溫度為1段為180℃，2段為220℃，3段為220℃，噴嘴為210℃，注射壓力為80MPa。經(jīng)X光衍射測定材料中粘土的d001面衍射峰的面間距及透射電鏡觀測粘土片層厚度，表明粘土被撐開甚至被解離，片層厚度僅為20-50nm，粘土以納米尺度分散在聚酰胺基體中，力學性能見表1。表1 實施例2-7．同例1，其中粘土含量分別為30g、42g、70g、110g、250g、500g。其力學性能見表1。權利要求1.一種聚酰胺粘土納米復合材料，其特征在于所述聚酰胺/粘土納米復合材料原料包括如下組分和含量(重量份)聚酰胺100插層土1-50添加劑0.05-5所述的復合材料中粘土分散相尺度為20-50nm，所述插層土為經(jīng)插層膨脹化處理的粘土。2.根據(jù)權利要求1所述一種聚酰胺粘土納米復合材料，其特征在于插層土包括如下組分和含量(重量份)粘土 1-50插層劑0.4-20質子化劑 0.01-1.0所述的粘土原料為含85-93％蒙脫土的鋁硅酸鹽，粒徑為40-70μm，陽離子交換容量為50-2本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種聚酰胺粘土納米復合材料，其特征在于所述聚酰胺／粘土納米復合材料原料包括如下組分和含量（重量份）：聚酰胺 １００插層土 １－５０添加劑 ０．０５－５所述的復合材料中粘土分散相尺度為２０－５０ｍｍ，所述插層土為經(jīng)插層膨脹化處 理的粘土。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：漆宗能，劉立敏，朱曉光，丁幼康，李剛，
申請(專利權)人：中國科學院化學研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：11[中國|北京]