CN108285638B - 一种尼龙纳米铜复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种尼龙纳米铜复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种尼龙纳米铜复合材料及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：1)将尼龙粉末以及纳米铜粉末放入干燥箱中并分别干燥，得到干燥后的尼龙粉末以及干燥后的纳米铜粉末；2)将干燥后的尼龙粉末、干燥后的纳米铜粉末、偶联剂以及抗氧剂放入高速混合机中混合均匀后取出，得到复合物；3)将复合物加入挤出机中，经熔融共混后挤出，水冷、切粒机造粒；4)将造好的粒子干燥，用注塑机注塑成型。本发明的制备方法制得的复合材料中使用的铜组分含量低，材料成本降低，又由于铜组分是以纳米尺寸掺入，分布均匀，又容易溶出，能保证达到防污损生物的最低渗出浓度。该复合材料制成的尼龙复合丝具有良好的抗生物附着性能和机械性能。

Description

一种尼龙纳米铜复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种可防海生物污着的尼龙纳米铜复合材料及其制备方法。
背景技术
尼龙材料是海洋工程中常用的一种材料，比如在传统的海产品养殖上，网箱网衣普遍采用尼龙材料，尼龙网箱耐生物附着性能较差，在海区使用一段时间后，网箱网衣上会布满海洋附着生物，其中最主要的类群是藻类、水螅、外肛动物、龙介虫、双壳类、藤壶和海鞘等。大量生物的附着，不仅影响渔网箱体内的水流畅通，减少了养殖品的活动空间，而且影响了养殖品的生长与口感，严重的还会导致养殖鱼类生病，故而需要养殖户频繁进行人工维护，费时费力。因此开发低成本、耐腐蚀、防生物污着的材料就成为一个热点问题。
有方案提出将铜粉掺入尼龙中，利用共混法制备出尼龙铜复合材料，利用铜材料的天然杀菌性能实现了尼龙铜复合材料抗生物污着的目的。但是根据研究，如果要有效防止海生物污着，铜临界渗出率(也即防污损生物的最低渗出浓度)必须要达到10μg/cm2·d才行。而专利中的尼龙铜复合材料中，由于铜被尼龙所包裹，加上铜本身耐腐蚀性就很好，要实现防生物污着，尼龙铜复合材料中就要添加过量的铜才行(铜的添加量最高要达到40％)。尼龙中添加大量的铜粉末，一方面造成材料成本升高，另一方面，由于金属铜和尼龙材料性能的差异，造成尼龙铜复合材料强度下降，韧性降低，为了提高材料的机械性能，复合材料中还要加入增强剂，又造成了材料加工困难。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种耐生物附着性能好、机械性能好、加工性能好的尼龙纳米铜复合材料以及该尼龙纳米铜复合材料的制备方法。
本发明的一方面提供了一种尼龙纳米铜复合材料，其特征在于，包括以下组分：纳米铜，质量分数为0.5～4.95％；偶联剂，质量分数为0.1～1％；抗氧剂，质量分数为0.1～1％；以及尼龙余量。
根据本发明的实施方式，在所述尼龙纳米铜复合材料中，纳米铜可以为纯铜或铜合金。
根据本发明的实施方式，所述铜合金的含铜量在55％以上。
根据本发明的实施方式，在所述尼龙纳米铜复合材料中，偶联剂为硅烷偶联剂。
根据本发明的实施方式，在所述尼龙纳米铜复合材料中，抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂168。
根据本发明的实施方式，在所述尼龙纳米铜复合材料中，尼龙为尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12、尼龙610、尼龙612、尼龙1010、尼龙46、尼龙7、尼龙9或尼龙13中的任意一种。
本发明的另一方面还提供了一种上述尼龙纳米铜复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将尼龙粉末以及纳米铜粉末放入干燥箱中并在温度为60～150℃条件下分别干燥，得到干燥后的尼龙粉末以及干燥后的纳米铜粉末；
2)将干燥后的尼龙粉末、干燥后的纳米铜粉末、偶联剂以及抗氧剂放入高速混合机中混合均匀后取出，得到复合物；
3)将复合物加入挤出机中，经熔融共混后挤出，水冷、切粒机造粒；
4)将造好的粒子干燥，用注塑机注塑成型，得到尼龙纳米铜复合材料。
根据本发明的实施方式，在步骤2)中，干燥后的纳米铜粉末相对于复合物的质量分数为0.5～4.95％，偶联剂相对于复合物的质量分数为0.1～1％，抗氧剂相对于复合物的质量分数为0.1～1％，干燥后的尼龙粉末为余量。
根据本发明的实施方式，在步骤1)中，纳米铜粉末的粒径为30～150nm。
根据本发明的实施方式，在步骤3)中，挤出机的挤出温度为160～270℃。
根据本发明的实施方式，在步骤4)中，所述注塑的喷嘴温度为220～235℃。
有益效果
根据本发明所涉及的尼龙纳米铜复合材料和该尼龙纳米铜复合材料的制备方法，由于本发明的尼龙复合材料中含有铜、偶联剂以及尼龙这些常见组分，成分简单，对环境无污染。材料中使用的铜组分含量低，材料成本降低，又由于铜组分是以纳米尺寸掺入，分布均匀，又容易溶出，能保证达到防污损生物的最低渗出浓度。同时，纳米铜组分的存在，还有增强作用，可以提高复合材料的强度，尤其是韧性，可以取代增强剂的作用。
另外，本发明提供的尼龙纳米铜复合材料的制备方法将尼龙粉末、纳米铜以及偶联剂的混合，并在一定挤出温度下制得尼龙复合材料，材料的制备更加容易。
本发明所提供的尼龙纳米铜复合材料用于制成尼龙复合丝，该材料不仅具有良好的抗生物附着性能，而且具有良好的机械性能，尤其是韧性大幅度提高，使用寿命长。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创造特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例对本发明的尼龙纳米铜复合材料、该尼龙纳米铜复合材料的制备方法做具体阐述。
实施例一
一种尼龙纳米铜复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将尼龙6粉末以及粒径为30nm的纯铜粉末放入干燥箱中并在温度为60℃条件下分别干燥，得到干燥后的尼龙6粉末以及干燥后的纯铜粉末；
2)将干燥后的尼龙6粉末、干燥后的纯铜粉末、硅烷偶联剂以及抗氧剂1010放入高速混合机中混合均匀后取出，得到复合物，其中干燥后的纯铜粉末相对于复合物的质量分数为3％，硅烷偶联剂相对于复合物的质量分数为1％，抗氧剂1010相对于复合物的质量分数为1％，尼龙6粉末为余量；
3)将复合物加入双螺杆挤出机中，经熔融共混后挤出，水冷、切粒机造粒，挤出机的挤出温度为160℃；
4)将造好的粒子干燥，用注塑机注塑成型，得到尼龙纳米铜复合材料，注塑喷嘴温度为220℃。
实施例一制备得到的尼龙纳米铜复合材料强度90MPa，在海水中使用2年，没有发现海生物污着。
实施例二
一种尼龙纳米铜复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将尼龙6粉末以及粒径为150nm的纯铜粉末放入干燥箱中并在温度为150℃条件下分别干燥，得到干燥后的尼龙6粉末以及干燥后的纯铜粉末；
2)将干燥后的尼龙6粉末、干燥后的纯铜粉末、硅烷偶联剂以及抗氧剂168放入高速混合机中混合均匀后取出，得到复合物，其中干燥后的纯铜粉末相对于复合物的质量分数为0.5％，硅烷偶联剂相对于复合物的质量分数为0.1％，抗氧剂168相对于复合物的质量分数为0.1％，尼龙6粉末为余量；
3)将得到复合物加入双螺杆挤出机中，经熔融共混后挤出，水冷、切粒机造粒，挤出机的挤出温度为270℃；
4)将造好的粒子干燥，用注塑机注塑成型，得到尼龙纳米铜复合材料，注塑喷嘴温度为235℃。
实施例二制备得到的尼龙纳米铜复合材料强度92MPa，在海水中使用2年，没有发现海生物污着。
实施例三
一种尼龙纳米铜复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将尼龙66粉末以及粒径为50nm的纯铜粉末放入干燥箱中并在温度为100℃条件下分别干燥，得到干燥后的尼龙66粉末以及干燥后的纯铜粉末；
2)将干燥后的尼龙66粉末、干燥后的纯铜粉末、硅烷偶联剂以及抗氧剂168放入高速混合机中混合均匀后取出，得到复合物，其中干燥后的纯铜粉末相对于复合物的质量分数为4.95％，硅烷偶联剂相对于复合物的质量分数为1％，抗氧剂168相对于复合物的质量分数为0.5％，尼龙66粉末为余量；
3)将复合物加入双螺杆挤出机中，经熔融共混后挤出，水冷、切粒机造粒，挤出机的挤出温度为200℃；
4)将造好的粒子干燥，用注塑机注塑成型，得到尼龙纳米铜复合材料，注塑喷嘴温度为225℃。
实施例三制备得到的尼龙纳米铜复合材料强度95MPa，在海水中使用2年，没有发现海生物污着。
实施例四
一种尼龙纳米铜复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将尼龙66粉末以及粒径为100nm的黄铜H65粉末放入干燥箱中并在温度为60℃条件下分别干燥，得到干燥后的尼龙6粉末以及干燥后的铜合金粉末；
2)将干燥后的尼龙66粉末、干燥后的黄铜H65粉末、硅烷偶联剂以及抗氧剂1010放入高速混合机中混合均匀后取出，得到复合物，其中干燥后的黄铜H65粉末相对于复合物的质量分数为2％，硅烷偶联剂相对于复合物的质量分数为1％，抗氧剂1010相对于复合物的质量分数为1％，尼龙66粉末为余量；
3)将复合物加入双螺杆挤出机中，经熔融共混后挤出，水冷、切粒机造粒，挤出机的挤出温度为220℃；
4)将造好的粒子干燥，用注塑机注塑成型，得到尼龙纳米铜复合材料，注塑喷嘴温度为230℃。
实施例四制备得到的尼龙纳米铜复合材料强度90MPa，在海水中使用2年，没有发现海生物污着。
实施例的作用与效果
根据实施例一至实施例四所涉及的尼龙纳米铜复合材料、该尼龙纳米铜复合材料的制备方法，由于实施例一至实施例四的尼龙纳米铜复合材料中含有铜、偶联剂、抗氧剂以及尼龙这些常见组分，成分简单，对环境无污染。
实施例一至实施例四提供的尼龙纳米铜复合材料的制备方法将尼龙粉末、铜粉末、抗氧剂以及偶联剂的混合，并在一定挤出温度下制得尼龙纳米铜复合材料，制备方法简单，易操作，制备成本低。
另外，实施例提供的尼龙纳米铜复合材料用于制成尼龙铜复合丝，该尼龙铜复合丝抗压性能高，并将尼龙铜复合丝制作成海水围殖网箱，该海水围殖网箱不仅具有良好的抗生物附着性能，而且具有良好的耐海水腐蚀性能，使用寿命长。
以上实施例仅为本发明构思下的基本说明，不对本发明进行限制。而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种尼龙纳米铜复合材料的制备方法，其特征在于，
包括以下步骤：
1)将尼龙粉末以及纳米铜粉末放入干燥箱中并在温度为60～150℃条件下分别干燥，得到干燥后的尼龙粉末以及干燥后的纳米铜粉末；
2)将干燥后的尼龙粉末、干燥后的纳米铜粉末、偶联剂以及抗氧剂放入高速混合机中混合均匀后取出，得到复合物；
3)将复合物加入挤出机中，经熔融共混后挤出，水冷、切粒机造粒；
4)将造好的粒子干燥，用注塑机注塑成型，得到尼龙纳米铜复合材料；
在步骤2)中，所述干燥后的纳米铜粉末相对于所述复合物的质量分数为0.5～4.95％，所述偶联剂相对于所述复合物的质量分数为0.1～1％，所述抗氧剂相对于所述复合物的质量分数为0.1～1％，所述干燥后的尼龙粉末为余量；
在步骤3)中，所述挤出机的挤出温度为160～270℃；
在步骤4)中，所述注塑的喷嘴温度为220～235℃；
得到的尼龙纳米铜复合材料包括以下组分：纳米铜，质量分数为0.5～4.95％；偶联剂，质量分数为0.1～1％；抗氧剂，质量分数为0.1～1％；以及尼龙为余量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米铜为纯铜或铜合金。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂168。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述尼龙为尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12、尼龙610、尼龙612、尼龙1010、尼龙46、尼龙7、尼龙9或尼龙13中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1)中，所述纳米铜粉末的粒径为30～150nm。
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