CN106479170A - 一种低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙及其制备方法 - Google Patents

一种低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙及其制备方法，该材料是由90‑98份耐高温尼龙、疏水性耐高温气味吸附母粒1‑5份、1‑5份表面处理的纳米碳化硅、0.1‑0.5份固体润滑剂、0.2‑1.0份润滑剂、0.1‑1份抗氧剂经搅拌混合后通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒制得。用正硅酸乙酯和偶联剂对纳米碳化硅进行复合表面处理，提高了作为耐磨剂的纳米碳化硅在基体树脂中的分散性，从而改善了耐磨剂与耐高温尼龙基体的粘结性，使制得的耐高温尼龙在耐磨性能方面有显著的提高，同时使用的疏水性耐高温气味吸附母粒使产品在加工和应用过程中保持着低气味的特性。

Description

一种低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子技术领域，具体涉及一种低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙及其制备方法。
背景技术
耐高温尼龙是带芳香环的二胺或二羧酸与脂肪族二羧酸或二胺经缩聚反应所制备得到的聚酰胺树脂，是芳香族聚酰胺中的一种。由于在聚酰胺分子主链中导入芳香环，从而提高了耐热性和力学性能，降低了吸水率，并且有较合适的性能/价格比，是介于通用工程塑料尼龙和耐高温工程塑料聚醚醚酮（PEEK）之间的耐热性高的树脂，在机械、电子等领域应用越来越大。耐高温尼龙产品目前主要有聚酰胺46、MXD6、6T/66、6T/6I、6T/6I/66和9T。目前用于耐高温尼龙耐磨改性的常用材料主要有石墨、二硫化钼及聚四氟乙烯，但这三种材料的添加量一般比较大，会给耐高温尼龙材料带来一些缺陷：一会导致复合材料的粘度及密度较大；二是会影响耐磨改性剂与耐高温尼龙基体的粘结性；三是对复合材料的机械性能也有显著影响，不利于其应用。此外，由于耐高温尼龙在聚合过程中残留的单体以及在改性加工过程产生的小分子物质会发生挥发，散发出较大气味，因此为了进一步拓展耐高温尼龙在相关领域的应用，必须寻找有效途径来改善气味问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙及其制备方法。
为了实现本发明的目的，本发明的低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙，由下述组份按重量份制备而成：
耐高温尼龙　　　　　 90-98份
纳米碳化硅　　　 1-5份
疏水性耐高温气味吸附母粒 1-5份
固体润滑剂　　　　　 0.1-0.5份
润滑剂 0.2-1.0份
抗氧剂　　　　　 0.1-1份
所述纳米碳化硅是经正硅酸乙酯和偶联剂复合表面处理所得的纳米碳化硅。
所述疏水性耐高温气味吸附母粒由以下重量份的组分制成：耐高温尼龙49份，疏水性硅藻土15份，疏水性活性炭10份，针状沸石分子筛10份，蓖麻油酸锌10份，抗菌剂5份，苯并呋喃酮类自由基捕捉剂0.1份，抗氧剂0.4份，硬脂酸锌0.5份。
所述的耐高温尼龙为尼龙46、尼龙6T、尼龙9T、尼龙10T、尼龙12T的一种或几种的混合物。
所述的固体润滑剂为聚四氟乙烯、二硫化钼、石墨的一种或几种的混合物。
所述的润滑剂为硬脂酸钡、硬脂酸胺、硬脂酸蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌的一种或几种的混合物。
所述的抗氧剂为醋酸铜、碘化铜、碘化钾、抗氧剂H10、抗氧剂H161的一种或几种的混合物。
所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或者γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷。
所述的抗菌剂为接枝高分子季铵盐的纳米二氧化硅；所述苯并呋喃酮类自由基捕捉剂为5,7-二-(2,2-二甲基乙基)-3-(3,4-二甲基苯基)-2-3氢-苯并呋喃酮。
本发明的另一个目的是提供上述低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙的制备方法，包括下列步骤：
（1）将纳米碳化硅加入到由氨水和正硅酸乙酯按质量比为2：1组成的混合溶液中, 在50-80℃下反应5-8小时，得到混合液；在混合液中滴加占纳米碳化硅质量的0.5%-1.5%的偶联剂，在70-80℃下反应2-5小时，离心水洗，最后干燥得到正硅酸乙酯和偶联剂复合表面处理的纳米碳化硅；
（2）将经（1）处理后的纳米碳化硅、疏水性耐高温气味吸附母粒、耐高温尼龙、抗氧剂、固体润滑剂和润滑剂倒入高速搅拌机中，高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒，制得低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙。
步骤（1）将纳米碳化硅加入到由氨水和正硅酸乙酯按质量比为2：1组成的混合溶液中，至少使纳米碳化硅完全被混合溶液所浸没。步骤（1）所述氨水为分析纯。
进一步，所述双螺杆挤出机一区温度为250-270℃，二区温度为270-290℃，三区温度为280-300℃，四区温度为280-310℃，五区温度为290-320℃，六区温度为290-320℃；双螺杆主机转速为250-500rpm。
本发明的有益效果：
1、本发明用正硅酸乙酯和偶联剂对纳米碳化硅进行复合表面处理，提高了作为耐磨剂的纳米碳化硅在基体树脂中的分散性，从而改善了耐磨剂与耐高温尼龙基体的粘结性，使制得的低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙在耐磨性能方面有显著的提高，并保持了优异的力学性能。
2、本发明的用经过表面处理的纳米碳化硅作为耐磨剂，其比现有的耐磨剂石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等添加量少，而且其密度小，降低生产成本的同时减轻复合材料的重量，扩大其应用范围。
3、本发明将石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等常见耐磨剂的用量降至0.1-0.5份作为固体润滑剂使用，不仅避免了大量使用石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯造成的复合材料性能缺陷，并且作为固体润滑剂还对复合材料耐磨性能起到了有益的协效作用。
4本发明的另一优点在于使用了一种疏水型的气味吸附母粒，所制得的低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙总挥发性有机物TVOC可显著降低，在保证材料低气味特性的同时，材料的各项物理力学性能也不受影响，同时保持了较低的吸水率，并使材料的成型加工性能不受影响。
具体实施方式
以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。
实施例 1
（1）表面处理纳米碳化硅：将纳米碳化硅加入由氨水和正硅酸乙酯按质量比为2：1组成的混合溶液中, 在60℃下反应6小时，得到混合液；再在前述混合液中滴加占纳米碳化硅质量的0.5%的偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在70℃下反应2小时，离心分离后用去离子水反复冲洗，最后干燥得到正硅酸乙酯和偶联剂复合表面处理的纳米碳化硅；
（2）制备疏水型耐高温气味吸附母粒：将尼龙6T 49份，疏水性硅藻土15份，疏水性活性炭10份，针状沸石分子筛10份，蓖麻油酸锌10份，高分子季铵盐接枝纳米二氧化硅5份，5,7-二-(2,2-二甲基乙基)-3-(3,4-二甲基苯基)-2-3氢-苯并呋喃酮0.1份，抗氧剂H10 0.4份，硬脂酸锌0.5份加入高速混合机混合均匀，在双螺杆挤出机中挤出造粒得到疏水型耐高温气味吸附母粒。
（3）制备低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙：将经（1）表面处理后纳米碳化硅3份与经（2）制备的疏水型耐高温气味吸附母粒3份、干燥处理的94份尼龙6T以及0.1份聚四氟乙烯、0.5份硬脂酸锌和0.5份抗氧剂H10倒入高速搅拌机中，高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒得低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙6T；
其中双螺杆挤出机一区温度为260℃，二区温度为280℃，三区温度为300℃，四区温度为310℃，五区温度为310℃，六区温度为320℃；双螺杆主机转速为350rpm。
实施例 2
（1）表面处理纳米碳化硅：将纳米碳化硅加入由氨水和正硅酸乙酯按质量比为2：1组成的混合溶液中, 在50℃下反应8小时，得到混合液；再滴加占纳米碳化硅质量的1%的偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在80℃下反应2小时，离心分离后用去离子水反复冲洗，最后干燥得到正硅酸乙酯和偶联剂复合表面处理的纳米碳化硅；
（2）制备疏水型耐高温气味吸附母粒：将尼龙6T 49份，疏水性硅藻土15份，疏水性活性炭10份，针状沸石分子筛10份，蓖麻油酸锌10份，高分子季铵盐接枝纳米二氧化硅5份，5,7-二-(2,2-二甲基乙基)-3-(3,4-二甲基苯基)-2-3氢-苯并呋喃酮0.1份，醋酸铜 0.4份，硬脂酸锌0.5份加入高速混合机混合均匀，在双螺杆挤出机中挤出造粒得到疏水型耐高温气味吸附母粒。
（3）制备低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙：将经（1）表面处理后纳米碳化硅1份与经（2）制备的疏水型耐高温气味吸附母粒1份、干燥处理的98份尼龙6T以及0.5份聚四氟乙烯、0.1份硬脂酸钙、0.1份硬脂酸钡和0.1份醋酸铜倒入高速搅拌机中，高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒得低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙6T；
其中双螺杆挤出机一区温度为260℃，二区温度为270℃，三区温度为280℃，四区温度为280℃，五区温度为290℃，六区温度为310℃；双螺杆主机转速为250rpm。
实施例 3
（1）表面处理纳米碳化硅：将纳米碳化硅加入由氨水和正硅酸乙酯按质量比为2：1组成的混合溶液中, 在80℃下反应5小时，得到混合液；再滴加占纳米碳化硅质量的1.5%的偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在70℃下反应5小时，离心分离后用去离子水反复冲洗，最后干燥得到正硅酸乙酯和偶联剂复合表面处理的纳米碳化硅；
（2）制备疏水型耐高温气味吸附母粒：将尼龙6T 49份，疏水性硅藻土15份，疏水性活性炭10份，针状沸石分子筛10份，蓖麻油酸锌10份，高分子季铵盐接枝纳米二氧化硅5份，5,7-二-(2,2-二甲基乙基)-3-(3,4-二甲基苯基)-2-3氢-苯并呋喃酮0.1份，碘化铜 0.2份，碘化钾0.2份，硬脂酸锌0.5份加入高速混合机混合均匀，在双螺杆挤出机中挤出造粒得到疏水型耐高温气味吸附母粒。
（3）制备碳化硅/耐高温尼龙纳米复合材料：将经（1）表面处理后纳米碳化硅5份与经（2）制备的疏水型耐高温气味吸附母粒5份，干燥处理的90份尼龙6T以及0.2份二硫化钼、0.1份聚四氟乙烯、1.0份硬脂酸、0.5份碘化铜和0.5份碘化钾倒入高速搅拌机中，高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒得低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙6T；
其中双螺杆挤出机一区温度为270℃，二区温度为290℃，三区温度为280℃，四区温度为310℃，五区温度为290℃，六区温度为290℃；双螺杆主机转速为500rpm。
实施例 4
（1）表面处理纳米碳化硅：将纳米碳化硅加入由氨水和正硅酸乙酯按质量比为2：1组成的混合溶液中, 在80℃下反应5小时，得到混合液；再滴加占纳米碳化硅质量的1.5%的偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在70℃下反应5小时，离心分离后用去离子水反复冲洗，最后干燥得到正硅酸乙酯和偶联剂复合表面处理的纳米碳化硅；
（2）制备疏水型耐高温气味吸附母粒：将尼龙46 49份，疏水性硅藻土15份，疏水性活性炭10份，针状沸石分子筛10份，蓖麻油酸锌10份，高分子季铵盐接枝纳米二氧化硅5份，5,7-二-(2,2-二甲基乙基)-3-(3,4-二甲基苯基)-2-3氢-苯并呋喃酮0.1份，碘化钾 0.4份，硬脂酸锌0.5份加入高速混合机混合均匀，在双螺杆挤出机中挤出造粒得到疏水型耐高温气味吸附母粒。
（3）制备碳化硅/耐高温尼龙纳米复合材料：将经（1）表面处理后纳米碳化硅3份与经（2）制备的疏水型耐高温气味吸附母粒3份、干燥处理的94份尼龙46以及0.1份石墨、0.5份硬脂酸锌和0.5份碘化钾倒入高速搅拌机中，高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒得低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙46；
其中双螺杆挤出机一区温度为250℃，二区温度为270℃，三区温度为280℃，四区温度为310℃，五区温度为290℃，六区温度为290℃；双螺杆主机转速为350rpm。
实施例 5
（1）表面处理纳米碳化硅：将纳米碳化硅加入由氨水和正硅酸乙酯按质量比为2：1组成的混合溶液中, 在60℃下反应6小时，得到混合液；再滴加占纳米碳化硅质量的1%的偶联剂γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷，在75℃下反应4小时，离心分离后用去离子水反复冲洗，最后干燥得到正硅酸乙酯和偶联剂复合表面处理的纳米碳化硅；
（2）制备疏水型耐高温气味吸附母粒：将尼龙9T 49份，疏水性硅藻土15份，疏水性活性炭10份，针状沸石分子筛10份，蓖麻油酸锌10份，高分子季铵盐接枝纳米二氧化硅5份，5,7-二-(2,2-二甲基乙基)-3-(3,4-二甲基苯基)-2-3氢-苯并呋喃酮0.1份，抗氧剂H10 0.4份，硬脂酸锌0.5份加入高速混合机混合均匀，在双螺杆挤出机中挤出造粒得到疏水型耐高温气味吸附母粒。
（3）制备碳化硅/耐高温尼龙纳米复合材料：将经（1）表面处理后纳米碳化硅3份与经（2）制备的疏水型耐高温气味吸附母粒3份、干燥处理的94份耐高温尼龙9T以及0.1份聚四氟乙烯、0.5份硬脂酸锌和0.5份抗氧剂H10倒入高速搅拌机中，高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒得低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙9T；
其中双螺杆挤出机一区温度为260℃，二区温度为280℃，三区温度为300℃，四区温度为305℃，五区温度为305℃，六区温度为310℃；双螺杆主机转速为350rpm。
对比例 1
将干燥处理的94份尼龙6T以及3份聚四氟乙烯粉，疏水型耐高温气味吸附母粒3份、0.5份硬脂酸锌、0.5份抗氧剂H10倒入高速搅拌机中，高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒得耐高温尼龙复合材料；
其中双螺杆挤出机一区温度为260℃，二区温度为280℃，三区温度为300℃，四区温度为310℃，五区温度为310℃，六区温度为320℃；双螺杆主机转速为350rpm。
对比例 2
将干燥处理的97份尼龙6T以及3份聚四氟乙烯粉、0.5份硬脂酸锌、0.5份抗氧剂H10倒入高速搅拌机中，高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒得耐高温尼龙复合材料；
其中双螺杆挤出机一区温度为260℃，二区温度为280℃，三区温度为300℃，四区温度为310℃，五区温度为310℃，六区温度为320℃；双螺杆主机转速为350rpm。
对比例 3
将干燥处理的94份尼龙6T以及3份未表面处理的纳米碳化硅，疏水型耐高温气味吸附母粒3份、0.5份硬脂酸锌、0.5份抗氧剂H10倒入高速搅拌机中，高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒得耐高温尼龙复合材料；
其中双螺杆挤出机一区温度为260℃，二区温度为280℃，三区温度为300℃，四区温度为310℃，五区温度为310℃，六区温度为320℃；双螺杆主机转速为350rpm。
对比例 4
将干燥处理的97份尼龙6T以及3份未表面处理的纳米碳化硅，0.5份硬脂酸锌、0.5份抗氧剂H10倒入高速搅拌机中，高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒得耐高温尼龙复合材料；
其中双螺杆挤出机一区温度为260℃，二区温度为280℃，三区温度为300℃，四区温度为310℃，五区温度为310℃，六区温度为320℃；双螺杆主机转速为350rpm。
对上述实施例1-4制备的低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙与对比例1-2制备的耐高温尼龙复合材料的力学性能采用ASTM标准进行检测，气味等级、雾度及TVOC采用GMW标准进行检测，耐磨性能根据标准GB/T 5478-2008来测定，其物性数据见表1。
表1性能数据
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
拉伸强度MPa 105 110 100 114 102 93 90 98 99
缺口冲击强度KJ/m2 25 27 24 23 20 17 18 20 21
热变形温度℃（0.45 MPa） 220 225 210 220 215 205 203 215 218
耐磨性（750g，1000r） 0.009 0.010 0.011 0.010 0.011 0.020 0.019 0.018 0.015
吸水率%（23℃水中24h） 0.5 0.4 0.5 1.5 0.3 0.9 3.0 0.7 2.8
雾化mg 1.3 1.5 1.1 1.1 1.1 1.5 2.8 1.5 2.7
TVOC ugC/g 40 49 24 23 25 49 150 50 145
气味等级 6.5级 6.5级 7级 7级 7级 6.5级 5.5级 6.5级 5.5级
从表1数据可以看出，添加疏水型气味吸附母粒可以明显改善材料的气味和散发特性，使低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙TVOC低于50ugC/g，同时保持了较低的吸水性。另外，本发明制备的产品的磨耗指数极低，呈现出了优良的耐磨性能。本发明所制得的耐磨剂纳米碳化硅明显改善了耐磨剂与耐高温尼龙基体的粘结性，使低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙具有耐磨剂添加量少，耐磨突出，力学性能显著改善的优点。

Claims (9)

1.一种低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙，其特征在于：由下述组份按重量份制备而成：
耐高温尼龙　　　　　 90-98份
纳米碳化硅　　　 1-5份
疏水性耐高温气味吸附母粒 1-5份
固体润滑剂　　　　　 0.1-0.5份
润滑剂 0.2-1.0份
抗氧剂　　　　　 0.1-1份；
所述纳米碳化硅是经正硅酸乙酯和偶联剂复合表面处理所得的纳米碳化硅；
所述疏水性耐高温气味吸附母粒由以下重量份的组分制成：耐高温尼龙49份，疏水性硅藻土15份，疏水性活性炭10份，针状沸石分子筛10份，蓖麻油酸锌10份，抗菌剂5份，苯并呋喃酮类自由基捕捉剂0.1份，抗氧剂0.4份，硬脂酸锌0.5份。
2.根据权利要求1所述的低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙，其特征在于所述的耐高温尼龙为尼龙46、尼龙6T、尼龙9T、尼龙10T、尼龙12T的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙，其特征在于所述的固体润滑剂为聚四氟乙烯、二硫化钼、石墨的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙，其特征在于所述的润滑剂为硬脂酸钡、硬脂酸胺、硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙，其特征在于所述的抗氧剂为醋酸铜、碘化铜、碘化钾、抗氧剂H10、抗氧剂H161的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙，其特征在于：所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或者γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷。
7.根据权利要求1所述的低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙，其特征在于：所述的抗菌剂为接枝高分子季铵盐的纳米二氧化硅；所述苯并呋喃酮类自由基捕捉剂为5,7-二-(2,2-二甲基乙基)-3-(3,4-二甲基苯基)-2-3氢-苯并呋喃酮。
8.一种制备如权利要求1-7任一项所述的低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙的方法，其特征在于：包括下列步骤：
（1）将纳米碳化硅加入到由氨水和正硅酸乙酯按重量比为2：1组成的混合溶液中, 在50-80℃下反应5-8小时，得到混合液；在混合液中滴加占纳米碳化硅重量0.5%-1.5%的偶联剂，在70-80℃下反应2-5小时，离心水洗，最后干燥得到正硅酸乙酯和偶联剂复合表面处理的纳米碳化硅；
（2）将经（1）处理后的纳米碳化硅、疏水性耐高温气味吸附母粒、耐高温尼龙、抗氧剂、固体润滑剂和润滑剂倒入高速搅拌机中，高速搅拌，混合至均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒，制得低气味、低散发、高耐磨耐高温尼龙。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机一区温度为250-270℃，二区温度为270-290℃，三区温度为280-300℃，四区温度为280-310℃，五区温度为290-320℃，六区温度为290-320℃；双螺杆主机转速为250-500rpm。
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