CN102108123A - 浇铸尼龙6/氧化石墨纳米导电抑菌复合材料的制备方法 - Google Patents
浇铸尼龙6/氧化石墨纳米导电抑菌复合材料的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及浇铸尼龙6/氧化石墨纳米导电抑菌复合材料的制备方法，该方法采用抑菌剂作为氧化石墨的插层剂，己内酰胺阴离子开环聚合制备得浇铸尼龙6/氧化石墨纳米复合材料。采用本方法使氧化石墨片层容易剥离，提高了氧化石墨片层在聚合物基体中的分散均匀性，所得复合材料具有较好的机械性能和良好的导电抑菌效果。本发明方法工艺操作简单，获得的复合材料具有良好的加工性能，添加剂氧化石墨对环境无污染，应用领域广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用阴离子开环聚合制备浇铸尼龙6/氧化石墨纳米导电抑菌复合材料的制备方法，尤其涉及一种适用于二次成型的具有健康环保要求的尼龙6纳米复合材料。
背景技术
石墨经氧化后片层间含有丰富的C-OH、-COOH、环氧基等基团，从而表现出较强的极性，很容易吸收极性分子和极性高聚物而形成氧化石墨插层型纳米复合材料和剥离型纳米复合材料。石墨本身是优良的导电体，在复合材料中分散的氧化石墨片层具有巨大的径厚比，易形成导电网络，因此该复合材料具有低逾渗阈值和高导电性。而且，氧化石墨疏松多孔，基本都是由纯碳组成，它无毒，耐腐蚀，对环境无污染，具有较强的吸附性能，对细菌有抑制作用。采用十六烷基三甲基溴化铵等具有抑菌作用的表面活性剂作为插层剂，更加强了复合材料的抑菌效果。石墨片层对热具有阻隔作用，复合材料的阻燃作用也是显而易见的。与常规复合材料相比，石墨纳米复合材料的诸多性能由于纳米尺寸效应和石墨本身的特性而具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有良好抑菌性能、导电性能及优良的综合力学性能的浇铸尼龙6/氧化石墨纳米导电抑菌复合材料的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：浇铸尼龙6/氧化石墨纳米导电抑菌复合材料的制备方法，其特征在于，该复合材料是由尼龙6单体经阴离子开环聚合制得，具体包括以下步骤：
(1)将0.1～2重量份氧化石墨分散在10～100倍重量的溶剂中，超声波分散3～10小时，得到氧化石墨胶体悬浊液；
(2)将100重量份己内酰胺加热熔融，缓慢加入步骤(1)得到的氧化石墨悬浊液，混合均匀后在30～100℃下减压蒸馏1～2小时除去大部分溶剂，然后加入0.2～1重量份催化剂，120～160℃下减压蒸馏15-20min除去少量溶剂和痕量水，加入0.2～1重量份活化剂，快速摇匀，立刻倒入150～180℃预热好的模具中聚合20min～1h即得产品。
所述的氧化石墨为Hummers法所制备。
所述的己内酰胺为工业级己内酰胺。
步骤(1)所述的溶剂为N，N-二甲基乙酰胺，N，N-二甲基甲酰胺或乙醇。
步骤(1)所述的氧化石墨胶体悬浊液为采用Hummers法制备的氧化石墨直接在溶剂中超声分散制得。
所述的溶剂为N，N-二甲基乙酰胺或N，N-二甲基甲酰胺。
步骤(1)所述的氧化石墨胶体悬浊液为采用Hummers法制备的氧化石墨经抑菌剂插层修饰后在溶剂中超声分散制得。
所述的抑菌剂为十六烷基三甲基溴化铵，氧化石墨与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1∶0.5～1，所述的溶剂为乙醇。
步骤(2)所述的催化剂为氢氧化钠；所述的活化剂为甲苯2，4-二异腈酸酯(TDI)。
所述的氧化石墨的含量为己内酰胺质量的0.1～2％。
与现有技术相比，本发明利用氧化石墨的原位插层技术制备了浇铸尼龙6纳米复合材料；一方面发挥了石墨本身的优良导电性能使尼龙6基体形成了从绝缘体到半导体的转变；另一方面，利用了石墨氧化后的吸附性能以及易于插入抑菌剂，使之具有了良好的抑菌效果，氧化石墨片层间的极性基团与尼龙6极性分子结合牢固，不易脱嵌；再一方面利用石墨片层的阻隔作用，达到了提高热稳定性和阻燃的效果。而且，材料本身保持了优良的力学性能，具有较好的工业应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
上述浇铸尼龙6/氧化石墨纳米导电抑菌复合材料的力学性能、抑菌性能及导电性能的测试标准见表1。
表1
实施例1
(1)将1.0g氧化石墨分散在100ml的N，N-二甲基乙酰胺中，超声波分散10小时，得到氧化石墨胶体悬浊液。
(2)将100g己内酰胺加热熔融，缓慢加入上述步骤(1)得到的氧化石墨悬浊液，搅拌均匀，在70～100℃下减压蒸馏1～2小时除去大部分溶剂，然后加入0.4g氢氧化钠，160℃下减压蒸馏20min除去少量溶剂和痕量水，加入0.4ml甲苯2，4-二异腈酸酯，快速摇匀，立刻倒入170～180℃预热好的模具中聚合20min～1h。
所制的尼龙6/氧化石墨纳米复合材料的性能见附表二。
实施例2
同实施例1，仅改变氧化石墨含量为2.0g，N，N-二甲基乙酰胺溶剂为200ml。
所制的浇铸尼龙6/氧化石墨纳米复合材料的性能见附表二。
实施例3
(1)将氧化石墨分散在10～100倍重量的蒸馏水中，超声波分散3～10小时，得到氧化石墨胶体悬浊液，加入在蒸馏水中溶解好的十六烷基三甲基溴化铵溶液，反应30min，过滤，真空干燥24h得插层修饰的氧化石墨。氧化石墨与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1∶0.5.
(2)将1.0g上述(1)得到的氧化石墨分散在100ml无水乙醇中，超声波分散10小时，得到修饰的氧化石墨胶体悬浊液。
(3)将100g己内酰胺加热熔融，缓慢加入上述步骤(2)得到的氧化石墨悬浊液，搅拌均匀，在60℃下减压蒸馏1～2小时除去大部分溶剂，然后加入0.4g氢氧化钠，120℃下减压蒸馏15min除去少量溶剂和痕量水，加入0.4ml甲苯2，4-二异腈酸酯(TDI)，快速摇匀，立刻倒入170～180℃预热好的模具中聚合20min～1h。
所制的浇铸尼龙6/氧化石墨纳米复合材料的性能见附表二。
实施例4
同实施例3，仅改变氧化石墨含量为2.0g，无水乙醇为200ml。
所制的浇铸尼龙6/氧化石墨纳米复合材料的性能见表2
为了考察本发明制备的尼龙6/氧化石墨纳米复合材料的力学性能、抑菌性能、阻燃性能及导电性能的效果，将上述实施案例所制得的复合材料进行力学性能、阻燃性能和导电性能测试。详见表2。
表2
实施例5
浇铸尼龙6/氧化石墨纳米导电抑菌复合材料由尼龙6单体经阴离子开环聚合制得，具体制备方法包括以下步骤：
(1)将0.1重量份采用Hummers法制备的氧化石墨分散在10倍重量的溶剂N，N-二甲基甲酰胺中，超声波分散3小时，得到氧化石墨胶体悬浊液；
(2)将100重量份己内酰胺加热熔融，缓慢加入步骤(1)得到的氧化石墨悬浊液，混合均匀后在100℃下减压蒸馏1小时除去大部分溶剂，然后加入0.2重量份催化剂氢氧化钠，120℃下减压蒸馏20min除去少量溶剂和痕量水，加入0.2重量份活化剂甲苯2，4-二异腈酸酯(TDI)，快速摇匀，立刻倒入150℃预热好的模具中聚合20min即得产品。
实施例6
浇铸尼龙6/氧化石墨纳米导电抑菌复合材料由尼龙6单体经阴离子开环聚合制得，具体制备方法包括以下步骤：
(1)将2重量份采用Hummers法制备的氧化石墨，经抑菌剂十六烷基三甲基溴化铵插层修饰后分散在100倍重量的溶剂乙醇，氧化石墨与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1∶0.5，超声波分散10小时，得到氧化石墨胶体悬浊液；
(2)将100重量份己内酰胺加热熔融，缓慢加入步骤(1)得到的氧化石墨悬浊液，混合均匀后在50℃下减压蒸馏2小时除去大部分溶剂，然后加入1重量份催化剂氢氧化钠，160℃下减压蒸馏15min除去少量溶剂和痕量水，加入1重量份活化剂甲苯2，4-二异腈酸酯(TDI)，快速摇匀，立刻倒入180℃预热好的模具中聚合1h即得产品。
实施例7
浇铸尼龙6/氧化石墨纳米导电抑菌复合材料由尼龙6单体经阴离子开环聚合制得，具体制备方法包括以下步骤：
(1)将1重量份采用Hummers法制备的氧化石墨，经抑菌剂十六烷基三甲基溴化铵插层修饰后分散在50倍重量的溶剂乙醇，氧化石墨与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1∶1，超声波分散6小时，得到氧化石墨胶体悬浊液；
(2)将100重量份己内酰胺加热熔融，缓慢加入步骤(1)得到的氧化石墨悬浊液，混合均匀后在30℃下减压蒸馏1.5小时除去大部分溶剂，然后加入0.6重量份催化剂氢氧化钠，140℃下减压蒸馏18min除去少量溶剂和痕量水，加入0.8重量份活化剂甲苯2，4-二异腈酸酯(TDI)，快速摇匀，立刻倒入175℃预热好的模具中聚合40min即得产品。
Claims (10)
1.浇铸尼龙6/氧化石墨纳米导电抑菌复合材料的制备方法，其特征在于，该复合材料是由尼龙6单体经阴离子开环聚合制得，具体包括以下步骤：
(1)将0.1～2重量份氧化石墨分散在10～100倍重量的溶剂中，超声波分散3～10小时，得到氧化石墨胶体悬浊液；
(2)将100重量份己内酰胺加热熔融，缓慢加入步骤(1)得到的氧化石墨悬浊液，混合均匀后在30～100℃下减压蒸馏1～2小时除去大部分溶剂，然后加入0.2～1重量份催化剂，120～160℃下减压蒸馏15-20min除去少量溶剂和痕量水，加入0.2～1重量份活化剂，快速摇匀，立刻倒入150～180℃预热好的模具中聚合20min～1h即得产品。
2.根据权利要求1所述的浇铸尼龙6/氧化石墨纳米导电抑菌复合材料的制备方法，其特征在于，所述的氧化石墨为Hummers法所制备。
3.根据权利要求1所述的浇铸尼龙6/氧化石墨纳米导电抑菌复合材料的制备方法，其特征在于，所述的己内酰胺为工业级己内酰胺。
4.根据权利要求1所述的浇铸尼龙6/氧化石墨纳米导电抑菌复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的溶剂为N，N-二甲基乙酰胺，N，N-二甲基甲酰胺或乙醇。
5.根据权利要求1所述的浇铸尼龙6/氧化石墨纳米导电抑菌复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的氧化石墨胶体悬浊液为采用Hummers法制备的氧化石墨直接在溶剂中超声分散制得。
6.根据权利要求5所述的浇铸尼龙6/氧化石墨纳米导电抑菌复合材料的制备方法，其特征在于，所述的溶剂为N，N-二甲基乙酰胺或N，N-二甲基甲酰胺。
7.根据权利要求1所述的浇铸尼龙6/氧化石墨纳米导电抑菌复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的氧化石墨胶体悬浊液为采用Hummers法制备的氧化石墨经抑菌剂插层修饰后在溶剂中超声分散制得。
8.根据权利要求7所述的浇铸尼龙6/氧化石墨纳米导电抑菌复合材料的制备方法，其特征在于，所述的抑菌剂为十六烷基三甲基溴化铵，氧化石墨与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1∶0.5～1，所述的溶剂为乙醇。
9.根据权利要求1所述的浇铸尼龙6/氧化石墨纳米导电抑菌复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的催化剂为氢氧化钠；所述的活化剂为甲苯2，4-二异腈酸酯(TDI)。
10.根据权利要求1所述的浇铸尼龙6/氧化石墨纳米导电抑菌复合材料的制备方法，其特征在于，所述的氧化石墨的含量为己内酰胺质量的0.1～2％。
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