CN102260406B

CN102260406B - Mc尼龙纳米导电复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102260406B
Application number: CN 201110186683
Authority: CN
Inventors: 张士华; 崔崇; 陈�光; 韩萍; 程佳平; 朱志萍
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2031-07-05
Also published as: CN102260406A

Abstract

本发明公开了一种MC尼龙纳米导电复合材料及其制备方法，其化学组分及含量为：MC尼龙(85%~100%)、导电填料(0%~15%)，所述百分数为重量百分比。所述导电填料为天然鳞片石墨、膨胀石墨、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种及以上的混合，该导电填料用改性剂处理，改性剂用量为导电填料的0-10%。所述改性剂为γ-丙基三甲氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、有机酸铬合物中的一种或两种及以上的混合。本发明MC尼龙纳米导电复合材料具有良好的综合性能和使用性能。

Description

MC尼龙纳米导电复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种导电塑料的制备技术，特别是MC尼龙纳米导电复合材料及其制备方法。

背景技术

MC尼龙又称单体浇铸尼龙，是在常压下将熔融的己内酰胺单体，经真空脱水后与碱催化剂、活化剂等助剂一起，直接注入一定温度的模具中聚合成型，该工艺简单方便、生产效率高，已成为尼龙制品的主要生产方式。纯MC尼龙制品重量轻、性能好、耐磨性高、使用寿命长，广泛应用于矿山机械、管道运输、冶金化工、纺织、包装等行业。但是其表面电阻率大，在工业生产和日常生活中往往由于静电而带来较大损失和破坏。

导电塑料是将树脂和导电物质混合，用塑料的加工方式进行加工的功能型高分子材料，导电塑料能够有效防止聚合物表面产生静电，因此广泛应用于半导体、防静电材料、电磁屏蔽等领域。

目前通过挤出、注射、共混等方法成型尼龙导电复合材料的报道较多。中国专利CN 101407632A公开了“一种导电、抗静电尼龙”，其以聚酰胺树脂为基础原料，通过加入纳米无机填充材料、导电炭黑、润滑剂、表面处理剂和抗氧化剂等组分，双螺旋挤出成型导电尼龙材料。中国专利CN 101955653A报道一种增强导电尼龙材料及其制备方法，提出利用玻璃纤维在塑料中易加工、易分散的特点，提出一种将玻璃纤维二次附着金属粉末，再与塑料共混造粒制备热塑性导电塑料。中国专利CN 1900162A报道聚酰胺/石墨纳米导电复合材料及其制备方法，将膨胀石墨、聚酰胺和辅料混合均匀后熔融共混而得到复合材料。中国专利CN 10565542A公开了导电MC尼龙材料及其制备方法，由于导电材料仅仅是简单混合在基体中，使得复合材料导电性能的改进非常有限，而通过导电填料表面改性来制备MC尼龙纳米导电复合材料的报道尚未可见。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种MC尼龙纳米导电复合材料及其制备方法，该材料可广泛应用于化工、电力、机械、建筑、交通运输等行业。。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种MC尼龙纳米导电复合材料，化学组分及含量为：MC尼龙(85%~100%)、导电填料(0%~15%)，所述百分数为重量百分比。所述导电填料为天然鳞片石墨、膨胀石墨、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种及以上的混合，该导电填料用改性剂处理，改性剂用量为导电填料的0-10%（体积百分比）。所述改性剂为γ-丙基三甲氧基硅烷偶联剂、γ-丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、有机酸铬合物中的一种或两种及以上的混合。

一种制备MC尼龙纳米导电复合材料的方法，包括以下步骤：

步骤1、将无水乙醇和蒸馏水混合，加入0-10%（体积百分比）改性剂混合均匀，再加入导电填料磁力搅拌30-60min，超声处理3-5次，每次30-50min，间隔5-15min，升温至60-100℃进行改性，经抽滤、洗涤，真空干燥得到改性处理导电填料以备用；所述改性剂为γ-丙基三甲氧基硅烷偶联剂、γ-丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、有机酸铬合物中的一种或两种及以上的混合；所述导电填料为天然鳞片石墨、膨胀石墨、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种及以上的混合。

步骤2、将己内酰胺单体加热融化后，加入步骤1中真空干燥的改性处理导电填料，磁力搅拌，超声分散30-60min，再继续对混合物抽真空脱水，保持温度120~140℃，真空度为10^-1～10^-3Pa，30-60min后加入催化剂，继续加热抽真空，沸腾30-60min后加入助催化剂；

步骤3、将活性料浇铸静态模具或离心成型机（转速600～1500r/min），控制聚合温度150~200℃，保温10-30min后随炉冷却，40-60℃脱模，再经沸水处理或140～170℃油处理，即得到MC尼龙纳米导电复合材料。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1）采用该方法制备的纳米导电复合材料中导电填料表面被改性剂包覆，能够消除团聚现象，导电填料以纳米尺度均匀分散在尼龙基体中，两者界面结合良好；2）采用该方法制备的MC尼龙纳米导电复合材料的逾渗阈值0.5-2Vol%，电导率可达10^-2-10^-5S/cm；3）本发明MC尼龙纳米导电复合材料的制备工艺简单，易于在传统MC尼龙生产生产线上实现升级；4）本发明MC尼龙纳米导电复合材料具有良好的综合性能和使用性能，广泛应用于化工、电力、机械、建筑、交通运输等行业。

具体实施方式

本发明的一种MC尼龙纳米导电复合材料，化学组分及含量为：MC尼龙(85%~100%)、导电填料(0%~15%)，所述百分数为重量百分比。所述导电填料为天然鳞片石墨、膨胀石墨、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种及以上的混合，该导电填料用改性剂处理，改性剂用量为导电填料的0-10%（体积百分比）。所述改性剂为γ-丙基三甲氧基硅烷偶联剂、γ-丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、有机酸铬合物中的一种或两种及以上的混合。

一种制备MC尼龙纳米导电复合材料的方法，包括以下步骤：

步骤1、将无水乙醇和蒸馏水混合，加入0-10%（体积百分比）改性剂混合均匀，再加入导电填料磁力搅拌30-60min，超声处理3-5次，每次30-50min，间隔5-15min，升温至60-100℃进行改性，经抽滤、洗涤，真空干燥得到改性处理导电填料以备用；改性剂为γ-丙基三甲氧基硅烷偶联剂、γ-丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、有机酸铬合物中的一种或两种及以上的混合；所述导电填料为天然鳞片石墨、膨胀石墨、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种及以上的混合。

上述MC尼龙纳米导电复合材料中，导电填料以纳米尺度均匀分散在尼龙基体中，MC尼龙纳米导电复合材料的逾渗阈值0.5-2Vol%，电导率可达10^-2-10^-5S/cm。催化剂为金属钠、氢氧化钠、金属钾、氢氧化钾、醇钠、金属锂中的一种或两种及以上的混合。助催化剂为乙酰基己内酰胺、异氰酸酯中的一种或两种及以上的混合。

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述：

实施例一

将85 %无水乙醇和5%蒸馏水混合，加入10%改性剂硅烷偶联剂γ-丙基三甲氧基硅烷混合均匀，再加入膨胀石墨磁力搅拌30min，超声处理3次，每次30min，间隔5min，升温至60℃进行改性，经抽滤、洗涤，真空干燥得到改性处理膨胀石墨以备用。将己内酰胺单体（占总质量的85%）加热融化后，加入预先真空干燥的改性处理膨胀石墨（占总质量的15%），磁力搅拌，超声分散40min，再继续对混合物抽真空脱水，保持温度130℃左右，真空度为10^-1Pa，一段时间后加入适量催化剂氢氧化钠，继续加热抽真空，沸腾60min后加入适量助催化剂异氰酸酯。将活性料迅速浇铸静态模具，控制聚合温度170℃，保温15min后随炉冷却， 60℃脱模，再经沸水处理，即得到MC尼龙纳米导电复合材料，其逾渗阈值0.8Vol%，电导率可达10^-3S/cm。

实施例二

将95 %无水乙醇和2%蒸馏水混合，加入3%改性剂硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合均匀，再加入碳纤维磁力搅拌40min，超声处理4次，每次40min，间隔8min，升温至70℃进行改性，经抽滤、洗涤，真空干燥得到改性处理碳纤维以备用。将己内酰胺单体（占总质量90%）加热融化后，加入一定量预先真空干燥的改性处理碳纤维（占总质量的10%），磁力搅拌，超声分散40min，再继续对混合物抽真空脱水，保持温度140℃左右，真空度为10^-1Pa，一段时间后加入适量催化剂氢氧化钾，继续加热抽真空，沸腾50min后加入适量助催化剂异氰酸酯。将活性料迅速浇铸离心成型机，调整转速700r/min，控制聚合温度160℃，保温20min后随炉冷却， 60℃脱模，再经150℃油处理，即得到MC尼龙纳米导电复合材料，其逾渗阈值1.3Vol%，电导率可达10^-2S/cm。

实施例三

将90 %无水乙醇和5%蒸馏水混合，加入5%改性剂钛酸酯偶联剂混合均匀，再加入导电炭黑磁力搅拌40min，超声处理4次，每次40min，间隔10min，升温至70℃进行改性，经抽滤、洗涤，真空干燥得到改性处理炭黑以备用。将己内酰胺单体（占总质量的95%）加热融化后，加入一定量预先真空干燥的改性处理炭黑（占总质量的5%），磁力搅拌，超声分散30min，再继续对混合物抽真空脱水，保持温度120℃左右，真空度为10^-1Pa，一段时间后加入适量催化剂金属钠，继续加热抽真空，沸腾50min后加入适量助催化剂乙酰基己内酰胺。将活性料迅速浇铸静态模具，控制聚合温度180℃，保温10min后随炉冷却， 60℃脱模，再经160℃油处理，即得到MC尼龙纳米导电复合材料，其逾渗阈值2Vol%，电导率可达10^-4S/cm。

实施例四

将90 %无水乙醇和5%蒸馏水混合，加入5%改性剂钛酸酯偶联剂混合均匀，再加入导电炭黑磁力搅拌40min，超声处理4次，每次40min，间隔10min，升温至70℃进行改性，经抽滤、洗涤，真空干燥得到改性处理炭黑以备用。将己内酰胺单体（占总质量的99.9%）加热融化后，加入一定量预先真空干燥的改性处理碳纳米管（占总质量的0.1%），磁力搅拌，超声分散30min，再继续对混合物抽真空脱水，保持温度120℃左右，真空度为10^-1Pa，一段时间后加入适量催化剂金属钾，继续加热抽真空，沸腾50min后加入适量助催化剂醇钠。将活性料迅速浇铸静态模具，控制聚合温度180℃，保温10min后随炉冷却， 60℃脱模，再经160℃油处理，即得到MC尼龙纳米导电复合材料，其逾渗阈值2Vol%，电导率可达10^-4S/cm。

Claims

1.一种制备MC尼龙纳米导电复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将无水乙醇和蒸馏水混合，加入0-10%改性剂混合均匀，所述百分比为体积百分比，再加入导电填料磁力搅拌30-60min，超声处理3-5次，每次30-50min，间隔5-15min，升温至60-100℃进行改性，经抽滤、洗涤，真空干燥得到改性处理导电填料以备用；

步骤3、将活性料浇铸静态模具或离心成型机，控制聚合温度150~200℃，保温10-30min后随炉冷却，40-60℃脱模，再经沸水处理或140～170℃油处理，即得到MC尼龙纳米导电复合材料，其中离心转速为600～1500r/min；

其中，MC尼龙纳米导电复合材料中化学组分及含量为：MC尼龙85%~100%、导电填料0%~15%，所述百分数为重量百分比；MC尼龙含量不为100%，导电填料含量不为0%。

2.根据权利要求1所述的制备MC尼龙纳米导电复合材料的方法，其特征在于，步骤1中改性剂为γ-丙基三甲氧基硅烷偶联剂、γ-丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或两种及以上的混合；所述导电填料为天然鳞片石墨、膨胀石墨、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种及以上的混合。