CN100417691C - 尼龙/蒙脱土阻燃复合材料的制备方法 - Google Patents

尼龙/蒙脱土阻燃复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的尼龙/蒙脱土阻燃复合材料的制备方法，该方法是先将硅油加入溶剂中搅拌分散均匀后，再加入有机蒙脱土进行改性处理，然后将制得的硅油改性有机蒙脱土与尼龙，阻燃剂经预混合后，放入双螺杆挤出机中挤出造粒，或直接将尼龙，有机蒙脱土，硅油，阻燃剂经预混合后，放入双螺杆挤出机中挤出造粒。本发明制备的尼龙/蒙脱土阻燃复合材料的缺口冲击强度得到改善、极限氧指数得到大幅提高。

Description

尼龙/蒙脱土阻燃复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于聚合物/蒙脱土复合材料的制备技术领域，具体涉及一种新的用改性有机蒙脱土与尼龙制备阻燃复合材料的方法。
背景技术
尼龙不仅具有优良的力学性能，且其自润滑性和耐药品腐蚀性也很好，因而是一种使用范围较为广泛的工程塑料，但是尼龙也存在吸水率高，热变形温度低，模量低，较易燃烧等问题，故而也在一定程度上限制了其应用。
为了解决尼龙本身存在的这些问题，人们利用熔融插层法，采用有机蒙脱土填充尼龙制备了尼龙/蒙脱土纳米复合材料。虽然该纳米复合材料拉伸强度提高较大，但是缺口冲击强度受到影响，而且有机蒙脱土的加入对纳米复合材料的极限氧指数基本没有贡献。
目前尼龙阻燃复合材料一般是通过直接添加阻燃剂来赋予尼龙阻燃性能的。然而，添加卤系阻燃剂，虽然阻燃效率高但是污染环境，在燃烧时会释放出对人体有害的气体，其应用已经受到限制；红磷阻燃效率也很高，但是也存在环境污染和有毒气体释放问题，并且其颜色较深，也限制了其应用。而除红磷外的磷系、氮系、无机阻燃剂虽然毒性低，但是要达到较好阻燃效果要求的添加量大，这样又使复合材料的力学强度和其他使用性能受到很大影响(Sergei V Levchik and Edward D Weil.Combustionand fire retardancy of aliphatic nylons.Polymer nternational 49：1033-1073(2000))。
发明内容
本发明的目的是针对尼龙/蒙脱土纳米复合材料和尼龙阻燃复合材料制备方法的上述不足，提供一种既能提高尼龙/蒙脱土复合材料的极限氧指数，又能改善复合材料的缺口冲击强度的制备方法。
本发明提供的尼龙/蒙脱土阻燃复合材料的制备方法，其特征在于该方法的工艺步骤及条件如下：
1)先将1～8份硅油加入10～200份温度为10～60℃的溶剂中，待搅拌分散均匀后，再加入2～10份有机蒙脱土，继续搅拌1～20分钟，过滤、烘干或直接烘干即可获得硅油改性有机蒙脱土；
2)将制得的硅油改性有机蒙脱土与50～100份尼龙，经预混合后，放入双螺杆挤出机中，在温度180～300℃下挤出造粒，即获尼龙/蒙脱土阻燃复合材料，或
直接将50～100份尼龙，2～10份有机蒙脱土，1～8份硅油，经预混合后，放入双螺杆挤出机中，在温度180～300℃下挤出造粒，即获尼龙/蒙脱土阻燃复合材料。
以上配方组成的份数均为重量份。
为了进一步提高所获尼龙/蒙脱土阻燃复合材料的阻燃性，还可在预混合时加入20～50重量份的阻燃剂。
上述方法中所使用的尼龙为尼龙6、尼龙66、尼龙12、尼龙610；所使用的硅油为二甲基硅油、二乙基硅油、甲基苯基硅油、氯苯基甲基硅油、羟基硅油、羟烃基硅油、氨烃基硅油、氨基封端硅油、氯烃基硅油中的任一种；所使用的溶剂为乙醇、丙酮、二甲苯、环己烷中的任一种；所使用的阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、三聚氰胺焦磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐中的任一种。
上述方法中所使用的有机蒙脱土是经过长链烷基季铵盐或其他有机阳离子经过离子交换反应得到的。有机蒙脱土可以直接使用市售产品或者根据中国专利CN1206028所述的方法处理得到。
另外，上述方法所给出的配方是保证本发明产生所期望效果的基本配方，是本发明的技术核心，然而在实际应用中，完全可以在本发明配方的基础上，根据各种需要添加一些其他助剂，比如抗氧剂、增韧剂等，这些都属于本领域公知的常识，且只要控制适当，也不会对本发明产生负面影响。
本发明与已有技术相比，由于本发明提供的制备方法是先将有机蒙脱土用耐热性、耐氧化性、疏水性均好的硅油对其进行了改性，再加入尼龙等一起共混或直接将硅油加入与有机蒙脱土、尼龙等一起共混来制备尼龙/蒙脱土纳米复合材料，因而不仅使其极限氧指数较纯尼龙以及未用硅油改性的有机蒙脱土填充制备的尼龙/蒙脱土纳米复合材料有较大提高，而且其缺口冲击强度也较未用硅油改性的有机蒙脱土填充制备的尼龙/蒙脱土纳米复合材料有所改善。另外，当在极限氧指数已有较大提高和缺口冲击强度已有所改善的尼龙/蒙脱土纳米复合材料中再加入阻燃剂时，其极限氧指数可获大幅提高。本发明方法简便，条件易于控制。
具体实施方式
下面给出实施例以对本发明作进一步说明，但需指出的是以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术熟练人员根据本发明的上述内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
值得说明的是，以下实施例的份数均为重量份。
实施例1
先将2份羟烃基硅油加入10份温度为10℃的丙酮溶剂中，待搅拌分散均匀后，再加入5份有机蒙脱土，继续搅拌2分钟，然后放入鼓风烘箱中，在80℃下烘干即获得硅油改性有机蒙脱土。
将制得的硅油改性有机蒙脱土与100份尼龙6，在高速混合机内混合均匀后，再放入双螺杆挤出机中，在温度180～260℃下挤出造粒，即获尼龙/蒙脱土阻燃复合材料。
实施例2
先将4份氨烃基硅油加入40份温度为30℃的乙醇溶剂中，待搅拌分散均匀后，再加入5份有机蒙脱土，继续搅拌15分钟，然后放入鼓风烘箱中，在80℃下烘干即获得硅油改性有机蒙脱土。
将制得的硅油改性有机蒙脱土与100份尼龙66，在高速混合机内混合均匀后，再放入双螺杆挤出机中，在温度180～280℃下挤出造粒，即获尼龙/蒙脱土阻燃复合材料。
实施例3
先将6份氨烃基硅油加入150份温度为40℃的乙醇溶剂中，待搅拌分散均匀后，再加入8份有机蒙脱土，继续搅拌10分钟，过滤该混合液后有机蒙脱土经干燥即获得硅油改性有机蒙脱土。
将制得的硅油改性有机蒙脱土、80份尼龙6与20份氢氧化镁，在高速混合机内混合均匀后，再放入双螺杆挤出机中，在温度180～260℃下挤出造粒，即获尼龙/蒙脱土阻燃复合材料。可得到硅油改性有机蒙脱土。
实施例4
先将3份氯烃基硅油加入100份温度为50℃的丙酮溶剂中，待搅拌分散均匀后，再加入4份有机蒙脱土，继续搅拌7分钟，过滤该混合液后有机蒙脱土经干燥即获得硅油改性有机蒙脱土。
将制得的硅油改性有机蒙脱土、60份尼龙6与40份氢氧化镁，在高速混机内混合均匀后，再放入双螺杆挤出机中，在温度180～260℃下挤出造粒，即获尼龙/蒙脱土阻燃复合材料。
实施例5
直接将50份尼龙6，2份有机蒙脱土，1份羟烃基硅油，50份氢氧化镁经预混合后，放入双螺杆挤出机中，在温度180～260℃下挤出造粒，即获尼龙/蒙脱土阻燃复合材料。
实施例6
先将8份羟烃基硅油加入200份温度为60℃的丙酮溶剂中，待搅拌分散均匀后，再加入10份有机蒙脱土，继续搅拌20分钟，过滤该混合液后将有机蒙脱土经干燥即获得硅油改性有机蒙脱土。
将制得的硅油改性有机蒙脱土、100份尼龙6，在高速混机内混合均匀后，再放入双螺杆挤出机中，在温度180～260℃下挤出造粒，即获尼龙/蒙脱土阻燃复合材料。
实施例7
直接将75份尼龙6，6份有机蒙脱土，2份二甲基硅油，25份三聚氰胺焦磷酸盐经预混合后，放入双螺杆挤出机中，在温度180～260℃下挤出造粒，即获尼龙/蒙脱土阻燃复合材料。
实施例8
直接将70份尼龙6，5份有机蒙脱土，2份甲基苯基硅油，30份氢氧化镁经预混合后，放入双螺杆挤出机中，在温度180～260℃下挤出造粒，即获尼龙/蒙脱土阻燃复合材料。
实施例9
直接将100份尼龙6，5份有机蒙脱土，4份羟基硅油经预混合后，放入双螺杆挤出机中，在温度180～260℃下挤出造粒，即获尼龙/蒙脱土阻燃复合材料。
实施例10
先将1份羟烃基硅油加入80份温度为30℃的丙酮溶剂中，待搅拌分散均匀后，再加入3份有机蒙脱土，继续搅拌10分钟，过滤该混合液后有机蒙脱土经干燥即获得硅油改性有机蒙脱土。
将制得的硅油改性有机蒙脱土、50份尼龙6与50份氢氧化镁，在高速混合机内混合均匀后，再放入双螺杆挤出机中，在温度180～260℃下挤出造粒，即获尼龙/蒙脱土阻燃复合材料。
比较例1
直接将100份尼龙6，5份有机蒙脱土，经预混合后，放入双螺杆挤出机中，在温度180～260℃下挤出造粒，即获传统方法制备的尼龙/蒙脱土纳米阻燃复合材料。
比较例2
直接将100份尼龙66，5份有机蒙脱土，经预混合后，放入双螺杆挤出机中，在温度180～280℃下挤出造粒，即获传统方法制备的尼龙/蒙脱土纳米阻燃复合材料。
为了考察本发明制备的尼龙/蒙脱土阻燃复合材料力学性能及阻燃性的效果，本发明人将实施例所制备的尼龙/蒙脱土阻燃复合材料，与纯尼龙6、纯尼龙66和添加了5％未经过硅油改性的有机蒙脱土，即用传统方法制备的尼龙/蒙脱土纳米复合材料，分别按GB/T 1039-1979标准进行了悬臂梁缺口冲击强度、按GB/T 1039-1979标准进行了拉伸强度、按GB/T 2406-93标准进行了极限氧指数的测试，结果见表1。
表1
Figure C20061002223000081

Claims (10)

1. 一种尼龙/蒙脱土阻燃复合材料的制备方法，其特征在于该方法的工艺步骤及条件如下：
1)先将1～8份硅油加入10～200份温度为10～60℃的溶剂中，待搅拌分散均匀后，再加入2～10份有机蒙脱土，继续搅拌1～20分钟，过滤、烘干或直接烘干即可获得硅油改性有机蒙脱土；
2)将制得的硅油改性有机蒙脱土与50～100份尼龙，经预混合后，放入双螺杆挤出机中，在温度180～300℃下挤出造粒，即获尼龙/蒙脱土阻燃复合材料，或
直接将50～100份尼龙，2～10份有机蒙脱土，1～8份硅油，经预混合后，放入双螺杆挤出机中，在温度180～300℃下挤出造粒，即获尼龙/蒙脱土阻燃复合材料，
以上配方组成的份数均为重量份。
2. 根据权利要求1所述的尼龙/蒙脱土阻燃复合材料的制备方法，其特征在于在预混合时加入20～50重量份的阻燃剂。
3. 根据权利要求1或2所述的尼龙/蒙脱土阻燃复合材料的制备方法，其特征在于所使用的尼龙为尼龙6、尼龙66、尼龙12、尼龙610中的任一种。
4. 根据权利要求1或2所述的尼龙/蒙脱土阻燃复合材料的制备方法，其特征在于所使用的硅油为二甲基硅油、二乙基硅油、甲基苯基硅油、氯苯基甲基硅油、羟基硅油、羟烃基硅油、氨基封端硅油中的任一种。
5. 根据权利要求3所述的尼龙/蒙脱土阻燃复合材料的制备方法，其特征在于所使用的硅油为二甲基硅油、二乙基硅油、甲基苯基硅油、氯苯基甲基硅油、羟基硅油、羟烃基硅油、氨基封端硅油中的任一种。
6. 根据权利要求1或2所述的尼龙/蒙脱土阻燃复合材料的制备方法，其特征在于所使用的硅油为氨烃基硅油、氯烃基硅油中的任一种。
7. 根据权利要求3所述的尼龙/蒙脱土阻燃复合材料的制备方法，其特征在于所使用的硅油为氨烃基硅油、氯烃基硅油中的任一种。
8. 根据权利要求2所述的尼龙/蒙脱土阻燃复合材料的制备方法，其特征在于所使用的溶剂为乙醇、丙酮、二甲苯、环己烷中的任一种；所使用的阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、三聚氰胺焦磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐中的任一种。
9. 根据权利要求5所述的尼龙/蒙脱土阻燃复合材料的制备方法，其特征在于所使用的溶剂为乙醇、丙酮、二甲苯、环己烷中的任一种；所使用的阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、三聚氰胺焦磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐中的任一种。
10. 根据权利要求7所述的尼龙/蒙脱土阻燃复合材料的制备方法，其特征在于所使用的溶剂为乙醇、丙酮、二甲苯、环己烷中的任一种；所使用的阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、三聚氰胺焦磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐中的任一种。
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