CN105968375A - 一种聚酰胺纳米母粒的反应挤出制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种聚酰胺纳米母粒的反应挤出制备方法，本发明所述聚酰胺纳米母粒的反应挤出的制备方法包括：原材料的预处理，反应挤出内酰胺阴离子开环聚合，聚酰胺纳米母粒的纯化。本发明在不加助剂的情况下，在简化工艺的同时，解决了无机纳米颗粒在聚合物中易团聚的问题，本发明利用内酰胺阴离子开环聚合的反应挤出制备方法，聚合时间短，溶液均匀分散，纳米颗粒没有出现沉淀现象，在很大程度上提高了生产效率，并且可以连续生产。
Description
技术领域
本发明属于聚合物母粒制备领域，尤其涉及一种聚酰胺纳米母粒的反应挤出制备方法的反应挤出制备方法。
背景技术
作为最早开发的工程塑料，尼龙6具有性质稳定、韧性好、自润滑、耐磨和耐药性优异等优异的性能，已获得广泛应用。但也存在着某些缺陷如吸湿性大、耐强酸、强碱性能差、制品尺寸稳定性差、干态下韧性不足等。随着纳米技术的发展，用纳米颗粒改性尼龙6成为近些年研究的热点。纳米颗粒填料可以显著改善尼龙6的上述缺陷，进一步提升尼龙6的性能，拓宽其应用领域。但是纳米填料的均匀分散、纳米填料与基体之间的相容性一直制约着其广泛应用。
为了克服上述缺陷，中国专利公开号CN101735604A中公开了一种环氧化改性的蒙脱土与接枝物进行熔融共混制备尼龙改性用母粒的方法；其使用制备CN 105542449A、CN105566898A公开了一种首先使用稠化剂、有机硅及石墨烯改性蒙脱土，然后再与尼龙6熔融共混制备尼龙6/蒙脱土母粒的方法。然而，这些方法均需要使用改性剂预先处理蒙脱土，工艺较为复杂。CN103450674A公开了一种使用己内酰胺、氧化石墨烯为主要原料通过水解缩聚制备尼龙6/石墨烯母粒的方法，虽然该专利无需对氧化石墨烯进行预处理，但是，制备通过水解缩聚完成母粒的制备，所耗时间较长。
发明内容
发明目的：为了克服当前尼龙6改性用纳米母粒制备方法中存在的不足，本发明提供一种聚酰胺纳米母粒的反应挤出制备方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的本发明采用以下技术方案，该方案包括以下工艺步骤：
(1)原料预处理：将一定量的表面含OH基团上的无机纳米材料颗粒加入熔融的聚酰胺单体内酰胺中进行分散，时间为10-30min，既得内酰胺与表面含OH基团上的无机纳米材料颗粒的混合溶液；
(2)将步骤(1)中所得的混合溶液分成等重量的两部分，减压蒸馏，除去其中的水分，分别储存于恒温储料罐A和B内，再将内酰胺阴离子开环聚合的催化剂及助催化剂分别加入罐A和罐B中并混合均匀，最后将罐A和罐B中的混合物以相同的流速加入双螺杆挤出机中，进行反应挤出；
(3)将步骤(2)中所得的挤出产物于沸水中煮24小时以出去未反应的单体，烘干既得纯的聚酰胺纳米母粒。
具体地，所述的步骤(1)中表面含OH基团上的无机纳米材料为氧化石墨烯、羟基磷灰石、有机蒙脱土、羟基碳纳米管中的一种；所述步骤(1)中表面含OH基团的无机纳米颗粒在内酰胺熔体中的浓度为10～30wt％。
具体地，所述的步骤(1)中聚酰胺的单体内酰胺为丁内酰胺、己内酰胺、辛内酰胺、庚内酰胺及十二内酰胺中的一种。所述的步骤(1)中纳米颗粒在聚酰胺单体中分散的方法是超声分散或搅拌分散中的一种。所述的步骤(1)中单体内酰胺熔体的温度为30～220℃。
具体地，所述的步骤(2)中的催化剂选自碱金属、碱金属的氢化物、碱金属的氢氧化物或醇化物，如：钠、氢化钠和乙醇钠；所述的步骤(2)中的助催化剂选自能够与内酰胺反应生成酰化内酰胺的物质，如：异氰酸酯类、酰氯类化合物或酸酐类化合物。
具体地，所述的步骤(2)中的催化剂加入量为内酰胺熔体的0.004～1wt％；所述的步骤(2)中的助催化剂加入量为熔融的聚酰胺单体内酰胺的0.004～1wt％。
具体地，其制备参数为：所述的步骤(2)中的挤出机为单螺杆或双螺杆挤出机，挤出机螺杆转速为50～300rmp，所述的步骤(2)中的挤出机螺杆直径为20～120mm,长径比为20～60，喂料速度为5～15kg/h；所述的步骤(2)中的挤出机各区温度设定范围为50～280℃，机头温度范围为100～260℃。
有益效果：本发明相对于现有技术而言，本发明提供了一种直接使用不经任何前处理的纳米颗粒为原料，与聚酰胺单体混合后，通过反应挤出制备聚酰胺纳米母粒的方法。与常规的母粒制备方法相比，不用添加助剂的情况下，不仅简化了工艺简化，而且本发明对于高含量纳米颗粒的分散具有如下优势，(1)挤出机能提供较强的剪切分散能力，更利于纳米填料的分散；(2)反应挤出过程中，纳米填料表面的基团能参与聚合反应，原位生成聚酰胺接枝的纳米颗粒，不仅有利于团聚的纳米颗粒的崩裂，而且，更有利于纳米颗粒与基体之间相容性的提高。
本发明在不加助剂的情况下，解决了无机纳米颗粒在聚合物中易团聚的问题，本发明利用内酰胺阴离子开环聚合的反应挤出制备方法，聚合时间短，溶液均匀分散，纳米颗粒没有出现沉淀现象，在很大程度上提高了生产效率，并且可以连续生产。
附图说明
图1是对比例与实施例的产物对照图。
具体实施方式
下面具体实施方式对本发明作更进一步的说明。
实施例1
一种聚酰胺纳米母粒的反应挤出制备方法，按如下方法制备完成：
称取1000g丁内酰胺，加热至30℃熔融，向其中加入100g氧化石墨烯纳米颗粒，超声分散10min，将混合溶液等重量分成两部分，分别减压蒸馏，除去其中微量的水分，分别加入恒温储料罐A和罐B中。再分别向罐A中加入0.42g钠和向罐B中加入10g甲苯-2，4-二异氰酸酯，并充分溶解。开启经过预热的单螺杆挤出机,该挤出机螺杆直径20mm，长径比60，加料口至计量段的温度由50℃依次升高至120℃，机头温度为：100℃，将挤出机螺杆转速设定为50rpm。开启恒温储料罐A和罐B的出料阀门，调节罐A和罐B流量，使其均以5kg/h流量进入挤出机加料口，开始反应挤出。挤出物经水冷却、造粒后所得产物于沸水中煮24小时以出去未反应的单体，烘干既获得聚酰胺纳米母粒。
实施例2
一种聚酰胺纳米母粒的反应挤出制备方法，按如下方法制备完成：
称取1000g己内酰胺，加热至140℃熔融，向其中加入150g羟基磷灰石纳米颗粒，剧烈搅拌分散30min，将混合溶液等重量分成两部分，分别减压蒸馏，除去其中微量的水分，分别加入恒温储料罐A和罐B中。再分别向罐A中加入10g乙醇钠和向罐B中加入0.41g马来酸酐，并充分溶解。开启经过预热的双螺杆挤出机,该挤出机螺杆直径120mm，长径比20，加料口至计量段的温度由140℃依次升高至280℃，机头温度为：260℃，将挤出机螺杆转速设定为300rpm。开启恒温储料罐A和罐B的出料阀门，调节罐A和罐B的流量，使其均以15kg/h流量进入挤出机加料口，开始反应挤出。挤出物经水冷却、造粒后所得产物于沸水中煮24小时以出去未反应的单体，烘干既获得聚酰胺纳米母粒。
实施例3
一种聚酰胺纳米母粒的反应挤出制备方法，按如下方法制备完成：
称取1000g辛内酰胺，加热至80℃熔融，向其中加入300g有机蒙脱土纳米颗粒，剧烈搅拌分散15min，再将混合溶液等重量分成两部分，分别减压蒸馏，除去其中微量的水分，分别加入恒温储料罐A和罐B中。再分别向罐A中加入3.87g乙醇钠和罐B中加入8.65g苯甲酰氯，并充分溶解。开启经过预热的双螺杆挤出机，该挤出机螺杆直径为45mm，长径比为30，加料口至计量段的温度由100℃依次升高至220℃，机头温度为：200℃，将挤出机螺杆转速设定为250rpm。开启恒温储料罐A和罐B的出料阀门，调节罐A和罐B的流量，使其均以8kg/h流量进入挤出机加料口，开始反应挤出。挤出物经水冷却、造粒后所得产物于沸水中煮24小时以出去未反应的单体，烘干既获得聚酰胺纳米母粒。
实施例4
一种聚酰胺纳米母粒的反应挤出制备方法，按如下方法制备完成：
称取1000g庚内酰胺，加热至105℃熔融，向其中加入100g羟基碳纳米管颗粒，超声分散20min，再将混合溶液等重量分成两部分，分别减压蒸馏，除去其中微量的水分，分加入恒温出料罐A和罐B中。再分别向罐A中加入7.82g钠和向罐B中加入1.75g亚甲基双(4-苯基)异氰酸酯，并充分溶解。开启经过预热的双螺杆挤出机，该挤出机螺杆直径30mm，长径比100，加料口至计量段的温度由120℃依次升高至240℃，机头温度为：220℃，将挤出机螺杆转速设定为200rpm。开启恒温储料罐A和罐B的出料阀门，调节罐A和罐B的流量，使其均以6kg/h流量进入挤出机加料口，开始反应挤出。挤出物经水冷却、造粒后所得产物于沸水中煮24小时以出去未反应的单体，烘干既获得聚酰胺纳米母粒。
实施例5
一种聚酰胺纳米母粒的反应挤出制备方法，按如下方法制备完成：
称取1000g十二内酰胺，加热至160℃熔融，向其中加入100g氧化石墨烯纳米颗粒，超声分散25min，再将混合溶液等重量分成两部分，分别减压蒸馏，除去其中微量的水分，分加入恒温出料罐A和罐B中。再向罐A中加入0.95g氢氧化钠和向罐B中加入5.22g甲苯-2，4-二异氰酸酯，并充分溶解。开启经过预热的双螺杆挤出机，该挤出机螺杆直径60mm，长径比50，加料口至计量段的温度由180℃依次升高至280℃，机头温度为：260℃，将挤出机螺杆转速设定为150rpm。开启恒温储料罐A和罐B的出料阀门，调节罐A和罐B的流量，使其均以10kg/h流量进入挤出机加料口，开始反应挤出。挤出物经水冷却、造粒后所得产物于沸水中煮24小时以出去未反应的单体，烘干既获得聚酰胺纳米母粒。
实施例6
一种聚酰胺纳米母粒的反应挤出制备方法，按如下方法制备完成：
称取1000g己内酰胺，加热至160℃熔融，向其中加入200g羟基化碳纳米管，超声分散25min，再将混合溶液等重量分成两部分，分别减压蒸馏，除去其中微量的水分，分加入恒温出料罐A和罐B中。再向罐A中加入0.95g氢氧化钠和向罐B中加入5.22g甲苯-2，4-二异氰酸酯，并充分溶解。开启经过预热的双螺杆挤出机，该挤出机螺杆直径60mm，长径比50，加料口至计量段的温度由180℃依次升高至280℃，机头温度为：260℃，将挤出机螺杆转速设定为150rpm。开启恒温储料罐A和罐B的出料阀门，调节罐A和罐B的流量，使其均以10kg/h流量进入挤出机加料口，开始反应挤出。挤出物经水冷却、造粒后所得产物于沸水中煮24小时以出去未反应的单体，烘干既获得聚酰胺纳米母粒。
对比实施例1
称取1000g尼龙6粒子，与200g羟基化碳纳米管通过高速混合机混合后，使用双螺杆挤出机熔融共混，挤出产物经过水冷、造粒，获得尼龙6/羟基磷灰石复合物。
将本发明中实施例6中所制备的母粒及对比实施例1中的尼龙6/羟基化碳纳米管复合物，分别溶解于甲酸中，静止48小时之后，相机拍照，如图1所示，实施例2制备母粒的溶液均匀分散，纳米颗粒没有出现沉淀现象，如图1a所示；然而，对比实施例1的复合物出现明显的团聚沉淀现象，如图1b所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种聚酰胺纳米母粒的反应挤出制备方法，其特征在于：其制备方法包括以下工艺步骤：
(1)原材料的预处理：将一定量的表面含OH基团上的无机纳米材料颗粒加入熔融的聚酰胺单体内酰胺中进行分散，时间为10-30min，既得内酰胺与表面含OH基团上的无机纳米材料颗粒的混合溶液；
(2)将步骤(1)中所得的混合溶液分成等重量的两部分，减压蒸馏，除去其中的水分，分别储存于恒温储料罐A和B内，再将内酰胺阴离子开环聚合的催化剂及助催化剂分别加入罐A和罐B中并混合均匀，最后将罐A和罐B中的混合物以相同的流速加入双螺杆挤出机中，进行反应挤出；
(3)将步骤(2)中所得的产物于沸水中煮24小时以出去未反应的单体，烘干既得纯的聚酰胺纳米母粒。
2.根据权利要求1所述的一种聚酰胺纳米母粒的反应挤出制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中表面含OH基团上的无机纳米材料为氧化石墨烯、羟基磷灰石、有机蒙脱土、羟基碳纳米管中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种聚酰胺纳米母粒的反应挤出制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中聚酰胺单体内酰胺为丁内酰胺、己内酰胺、辛内酰胺、庚内酰胺及十二内酰胺中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种聚酰胺纳米母粒的反应挤出制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中无机纳米颗粒在聚酰胺单体中分散的方法为超声分散或机械搅拌分散中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种聚酰胺纳米母粒的反应挤出制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中聚酰胺单体内酰胺熔体的温度为30～220℃。
6.根据权利要求1所述的一种聚酰胺纳米母粒的反应挤出制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中表面含OH基团上的无机纳米材料在内酰胺熔体中的浓度为10～30wt％。
7.根据权利要求1所述的一种聚酰胺纳米母粒的反应挤出制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的催化剂为碱金属、碱金属的氢化物、碱金属的氢氧化物或醇化物中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种聚酰胺纳米母粒的反应挤出制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的催化剂加入量为熔融的聚酰胺单体内酰胺的0.004～1wt％。
9.根据权利要求1所述的一种聚酰胺纳米母粒的反应挤出制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的助催化剂为能够与内酰胺反应生成酰化内酰胺的物质。
10.根据权利要求1所述的一种聚酰胺纳米母粒的反应挤出制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的助催化剂加入量为熔融的聚酰胺单体内酰胺的0.004～1wt％。
11.根据权利要求1所述的一种聚酰胺纳米母粒的反应挤出制备方法，其特征在于：其制备参数为：所述的步骤(2)中的挤出机为单螺杆或双螺杆挤出机，挤出机螺杆转速为50～300rmp，挤出机螺杆直径为20～120mm,长径比为20～60，喂料速度为5～15kg/h；挤出机各区温度设定范围为50～280℃，机头温度范围为100～260℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20190520 Address after: 212323 New Industrial Park of Jienan Village, Jiepai Town, Zhenjiang City, Jiangsu Province Applicant after: Danyang Huamei Plastic Co., Ltd. Address before: No. 2, Mengxi Road, Zhenjiang, Jiangsu Province, Jiangsu Applicant before: Jiangsu University of Science and Technology |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |