CN105778489A - 一种聚酰胺改性纳米二氧化硅材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚酰胺改性纳米二氧化硅材料，它是由下述重量份的原料组成的：纳米二氧化硅20‑30、己内酰胺70‑90、乙二酸13‑20、钛酸四丁酯4‑10、聚乙烯醇3‑5、硬酸酸锌0.1‑0.2、硅烷分散液4‑7、棕榈蜡2‑3、甘油三醋酸酯0.1‑0.2、β‑羟烷基酰胺0.2‑0.4。本发明首先用硅烷处理纳米二氧化硅，得到表面含有氨基的纳米二氧化硅，然后在己内酰胺聚合过程中,利用己内酰胺开环产物氨基己酸与纳米二氧化硅表面的氨基反应，可以得到高分散的纳米聚合材料，本发明的材料具有很高的强度和耐候性，使用寿命长，且环保性好，适用范围广。

Description

一种聚酰胺改性纳米二氧化硅材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种聚酰胺改性纳米二氧化硅材料及其制备方法。
背景技术
随着新技术的涌现,人们对聚合物基纳米复合材料的研究和认识不断深入,对纳米复合材料的制备方法和生产工艺也在不断发展和丰富。近年来,制备聚合物基纳米复合材料材料的方法也有较大的发展,主要有共混法、插层法、溶胶-凝胶法、原位法、母料法等；
聚合物基复合材料的综合性能不仅取决于所添加填料的特殊功能性,分散相在基体材料中的分散程度、尺寸大小、与基体材料的相容性和结合力对复合材料的综合性能也有较大的影响。目前，很多学者对填料与基体材料的相容性、界面强度、相互作用力进行了深入研究，并取得了较为理想的结果；
聚酰胺由于其良好的力学性能、阻隔性能、耐磨性能、耐酸碱性能和良好的加工性能,作为工程塑料和非纤用材料越来越成为不可缺少的材料,其应用涉及汽车零部件、帘子布、轮胎子午线、电子电器、家庭用品等领域,用量成为聚酰胺产品中最多的品种。但在应用过程中,聚酰胺 6 材料的极性基团使得其易于吸收水分,造成了干态和低温冲击强度低、产品稳定性差、摩擦易发生塑性形变、磨损严重等现象,另外,作为矿山工程塑料使用,不具备抗静电性能，容易产生瓦斯爆炸等，从而影响其制品尺寸的稳定性、抗磨减摩性能和电性能，这限制了它的应用范围；
纳米材料是指材料的二相显微结构中至少有一相的一维尺度达到纳米级尺寸的材料，纳米技术是在分子和原子水平研究物质性能的科学。根据纳米材料的结构参数，通常分为零维纳米材料、一维纳米材料、二维纳米材料和三维纳米材料。由于纳米材料的尺寸在1-100 nm范围内，其尺寸接近于电子相干长度，由于强相干的原因，使得纳米材料在熔点、磁性、光学、导热、导电等方面显示了有别于传统材料的特殊性能；作为21世纪比较有发展潜力的材料之一，近些年来，纳米材料的研究主要集中在医学、能源、环保、材料、集成微系统等方面,在核武器的安保系统、炸药引信、涂层、钻地武器、库存检测与不扩散、深化武器规律认识等领域显示潜在的应用价值,目前,纳米材料和纳米科技的发展和应用备受人们的广泛关注；
随着纳米材料理论和技术的发展，无机纳米微粒作为填料较传统材料显示了优异的性能。通过合适的技术和方法将无机纳米微粒加入到聚合物基体材料中,使其充分体现纳米材料的纳米特性，进而提高纳米复合材料的综合性能；纳米材料和纳米科技的发展必将促使聚合物基纳米复合材料成为 21 世纪最有发展前 景的材料之一。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种聚酰胺改性纳米二氧化硅材料及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种聚酰胺改性纳米二氧化硅材料，它是由下述重量份的原料组成的：
纳米二氧化硅20-30、己内酰胺70-90、乙二酸13-20、钛酸四丁酯4-10、聚乙烯醇3-5、硬酸酸锌0.1-0.2、硅烷分散液4-7、棕榈蜡2-3、甘油三醋酸酯0.1-0.2、β-羟烷基酰胺0.2-0.4。
所述的一种聚酰胺改性纳米二氧化硅材料，所述的硅烷分散液是由下述重量份的原料组成的：
γ-氨丙基三乙氧基硅10-17、2，6-二叔丁基对甲酚0.4-1、六甲基磷酰三胺0.2-0.4、蓖麻油聚氧乙烯醚0.1-0.2、二丙酮醇30-40；
将上述2，6-二叔丁基对甲酚加入到二丙酮醇中，搅拌均匀；
将上述六甲基磷酰三胺与γ-氨丙基三乙氧基硅混合，搅拌均匀；
将上述处理后的各原料混合，搅拌条件下加入蓖麻油聚氧乙烯醚，送入60-70℃的水浴中，保温搅拌10-16分钟，出料冷却，得硅烷分散液。
一种所述的聚酰胺改性纳米二氧化硅材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将上述纳米二氧化硅加入到其重量100-120倍的无水乙醇中，超声40-50分钟，滴加上述钛酸四丁酯，滴加完毕后升高温度为50-60℃，保温搅拌20-30分钟，送入到装有聚四氟乙烯内胆的反应釜中，在180-190℃下保温反应4-5小时，出料，冷却，过滤，将沉淀水洗2-3次，在60-70℃下真空干燥完全，得钛掺杂纳米二氧化硅；
（2）将上述钛掺杂纳米二氧化硅加入到其重量70-80倍的无水乙醇中，加入上述硅烷分散液，升高温度为80-90℃，保温搅拌1.7-2小时，得氨基改性钛掺杂纳米二氧化硅；
（3）将上述甘油三醋酸酯加入到聚乙烯醇中，升高温度为90-97℃，加入棕榈蜡，保温搅拌10-15分钟，得醇酯溶液；
（4）取上述己内酰胺、乙二酸，与氨基改性钛掺杂纳米二氧化硅混合，加入混合料重量10-18倍的蒸馏水，送入到反应釜中，升高温度为220-300℃，保温反应3-5小时，加入上述硬酸酸锌、β-羟烷基酰胺，100-200转/分搅拌3-5分钟，缓慢冷却至常温，过滤除去滤液，将沉淀干燥，研磨成细粉，得聚合改性纳米二氧化硅。
本发明的优点是：
本发明首先用硅烷处理纳米二氧化硅，得到表面含有氨基的纳米二氧化硅，然后在己内酰胺聚合过程中,利用己内酰胺开环产物氨基己酸与纳米二氧化硅表面的氨基反应，可以得到高分散的纳米聚合材料，本发明的材料具有很高的强度和耐候性，使用寿命长，且环保性好，适用范围广。
具体实施方式
一种聚酰胺改性纳米二氧化硅材料，它是由下述重量份的原料组成的：
纳米二氧化硅20、己内酰胺70、乙二酸13、钛酸四丁酯4、聚乙烯醇3、硬酸酸锌0.1、硅烷分散液4、棕榈蜡2、甘油三醋酸酯0.1、β羟烷基酰胺0.2。
所述的一种聚酰胺改性纳米二氧化硅材料，所述的硅烷分散液是由下述重量份的原料组成的：
γ氨丙基三乙氧基硅10、2，6二叔丁基对甲酚0.4、六甲基磷酰三胺0.2、蓖麻油聚氧乙烯醚0.1、二丙酮醇30；
将上述2，6二叔丁基对甲酚加入到二丙酮醇中，搅拌均匀；
将上述六甲基磷酰三胺与γ氨丙基三乙氧基硅混合，搅拌均匀；
将上述处理后的各原料混合，搅拌条件下加入蓖麻油聚氧乙烯醚，送入60℃的水浴中，保温搅拌10分钟，出料冷却，得硅烷分散液。
一种所述的聚酰胺改性纳米二氧化硅材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将上述纳米二氧化硅加入到其重量100倍的无水乙醇中，超声40分钟，滴加上述钛酸四丁酯，滴加完毕后升高温度为50℃，保温搅拌20分钟，送入到装有聚四氟乙烯内胆的反应釜中，在180℃下保温反应4小时，出料，冷却，过滤，将沉淀水洗2次，在60℃下真空干燥完全，得钛掺杂纳米二氧化硅；
（2）将上述钛掺杂纳米二氧化硅加入到其重量70倍的无水乙醇中，加入上述硅烷分散液，升高温度为80℃，保温搅拌1.7小时，得氨基改性钛掺杂纳米二氧化硅；
（3）将上述甘油三醋酸酯加入到聚乙烯醇中，升高温度为90℃，加入棕榈蜡，保温搅拌10分钟，得醇酯溶液；
（4）取上述己内酰胺、乙二酸，与氨基改性钛掺杂纳米二氧化硅混合，加入混合料重量10倍的蒸馏水，送入到反应釜中，升高温度为220℃，保温反应3小时，加入上述硬酸酸锌、β羟烷基酰胺，100转/分搅拌3分钟，缓慢冷却至常温，过滤除去滤液，将沉淀干燥，研磨成细粉，得聚合改性纳米二氧化硅。

Claims (3)

1.一种聚酰胺改性纳米二氧化硅材料，其特征在于，它是由下述重量份的原料组成的：
纳米二氧化硅20-30、己内酰胺70-90、乙二酸13-20、钛酸四丁酯4-10、聚乙烯醇3-5、硬酸酸锌0.1-0.2、硅烷分散液4-7、棕榈蜡2-3、甘油三醋酸酯0.1-0.2、β-羟烷基酰胺0.2-0.4。
2.根据权利要求1所述的一种聚酰胺改性纳米二氧化硅材料，其特征在于，所述的硅烷分散液是由下述重量份的原料组成的：
γ-氨丙基三乙氧基硅10-17、2，6-二叔丁基对甲酚0.4-1、六甲基磷酰三胺0.2-0.4、蓖麻油聚氧乙烯醚0.1-0.2、二丙酮醇30-40；
将上述2，6-二叔丁基对甲酚加入到二丙酮醇中，搅拌均匀；
将上述六甲基磷酰三胺与γ-氨丙基三乙氧基硅混合，搅拌均匀；
将上述处理后的各原料混合，搅拌条件下加入蓖麻油聚氧乙烯醚，送入60-70℃的水浴中，保温搅拌10-16分钟，出料冷却，得硅烷分散液。
3.一种如权利要求1所述的聚酰胺改性纳米二氧化硅材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将上述纳米二氧化硅加入到其重量100-120倍的无水乙醇中，超声40-50分钟，滴加上述钛酸四丁酯，滴加完毕后升高温度为50-60℃，保温搅拌20-30分钟，送入到装有聚四氟乙烯内胆的反应釜中，在180-190℃下保温反应4-5小时，出料，冷却，过滤，将沉淀水洗2-3次，在60-70℃下真空干燥完全，得钛掺杂纳米二氧化硅；
（2）将上述钛掺杂纳米二氧化硅加入到其重量70-80倍的无水乙醇中，加入上述硅烷分散液，升高温度为80-90℃，保温搅拌1.7-2小时，得氨基改性钛掺杂纳米二氧化硅；
（3）将上述甘油三醋酸酯加入到聚乙烯醇中，升高温度为90-97℃，加入棕榈蜡，保温搅拌10-15分钟，得醇酯溶液；
（4）取上述己内酰胺、乙二酸，与氨基改性钛掺杂纳米二氧化硅混合，加入混合料重量10-18倍的蒸馏水，送入到反应釜中，升高温度为220-300℃，保温反应3-5小时，加入上述硬酸酸锌、β-羟烷基酰胺，100-200转/分搅拌3-5分钟，缓慢冷却至常温，过滤除去滤液，将沉淀干燥，研磨成细粉，得聚合改性纳米二氧化硅。
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