CN1990549A - 蒙脱土/尼龙6纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种蒙脱土/尼龙6纳米复合材料及其制备方法，该复合材料由0.5～2重量％的蒙脱土与98～99.5重量％的尼龙6(己内酰胺)经水解开环聚合得到。本发明采用未处理的蒙脱土通过水解开环聚合合成插层型蒙脱土/尼龙纳米复合材料，这种复合材料与普通机械共混制备的蒙脱土/尼龙纳米复合材料相比，具有更高的强度、模量、热变形温度和阻隔性，而且具有良好的二次加工性。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过水解开环聚合法制备水分散钠基蒙脱土/尼龙6纳米复合材料的新方法，尤其涉及一种钠基蒙脱土无需任何有机化就能达到均匀分散的新方法、新工艺、新配方。
背景技术
纳米复合材料是指作为分散相材料尺寸至少在一维方向的尺寸小于100nm的复合材料。由于纳米粒子的表面效应、体积效应、量子尺寸效应以及宏观量子效应等，将明显改善聚合物基体的刚度、强度、韧性等性能。由于蒙脱土/尼龙纳米复合材料中蒙脱土片层相对于其它材料具有很高的强度和硬度，使其纳米复合材料具有高强度、高模量和高的阻隔性能等特点，因此近几十年来得到了广泛的研究与应用。1976年日本Unitika公司就研究出一种尼龙/层状硅酸盐(无机粘土)复合材料，专利号为Japan，Patent No.JP-A-51-109998。其后Toyota公司进一步研究了ε-己内酰胺分别在未改性蒙脱土与有机化蒙脱土存在下聚合的产品性能，专利号United States，Patent No.4739007。还有一些研究了有机改性蒙脱土/尼龙6基体在双螺杆中熔融加工技术，例如United States，PatentNo.5747560。近年来我国在这方面的研究也取得了很大的成果，中科院化学所的漆宗能教授采用单体插层缩聚技术制备了尼龙/蒙脱土纳米复合材料，其材料的热变形温度有大幅度的提高，专利号为CN1138593A。他们在双螺杆挤出机上将插层处理过的蒙脱土与聚酰胺共混挤出，通过受限空间力的化学作用使粘土与基体结合达到纳米尺度，专利号为CN1081207C。东华大学的王依民教授采用己内酰胺单体插入蒙脱土的阴离子插层复合聚合法在双螺杆反应挤出机中挤出制备了尼龙/蒙脱土纳米复合材料，具有高强度高模量的特点，专利号为CN1359979A。中科院化学所的王德禧教授也进行了尼龙6纳米粘土母粒的应用研究。
有机化蒙脱土一般采用阳离子交换法在蒙脱土片层中引入有机小分子比如带有碳链的季氨盐使蒙脱土层间距增大，以便与以后的加工剥离。通常有机物含量约为30％，这些有机小分子在受热过程发生Hoffman降解，促进聚合物基体提前发生降解。因此采用低有机物含量或不含有机物的蒙脱土制备聚合物/蒙脱土纳米复合材料具有重大的应用价值。于中振教授在这方面做了有益的探索，他将蒙脱土与水混合制成泥浆，然后与尼龙一起加入挤出机中挤出，利用水蒸气将蒙脱土片层打开，得到了较好的效果，但不可避免的是在加工过程中水的存在势必使尼龙6基体发生降解，这对最终的产品性能产生不良的影响。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的不足而提供一种具有高强度高模量的蒙脱土/尼龙6纳米复合材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种蒙脱土/尼龙6纳米复合材料，其特征在于，该复合材料由0.5～2重量％的蒙脱土与98～99.5重量％的尼龙6(己内酰胺)经水解开环聚合得到。
一种上述蒙脱土/尼龙6纳米复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下工艺步骤：蒙脱土的分散，首先将占复合材料0.5～2重量％的蒙脱土分散在10～50倍的水溶液中，在75～85℃水浴中搅拌1.5～2.5小时，加入占复合材料98～99.5重量％的尼龙6(己内酰胺)超声分散0.5～6小时，然后在80～100℃下用减压蒸馏除去大部分水，加入反应釜中升温至250～260℃保持压力在0.8～1.2MPa，反应3～4小时，再常压反应1小时，最后保持真空1小时，出料。
本发明采用未处理的蒙脱土通过水解开环聚合合成插层型蒙脱土/尼龙纳米复合材料，这种复合材料与普通机械共混制备的蒙脱土/尼龙纳米复合材料相比，具有更高的强度、模量、热变形温度和阻隔性，而且具有良好的二次加工性。
上述蒙脱土/尼龙复合材料的力学性能的测试标准如下：
| 性能指标 | 标准 |
| 密度，g/cm3 | ASTM D 792 |
| 熔指，g/10min | ASTM D 1238 |
| 拉伸强度，MPa弯曲强度，MPa悬臂梁缺口冲击强度，J/M热变形温度/℃ | ASTM D638ASTM D790ASTM D256ASTM D648 |
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
将250g蒸馏水中放入5g蒙脱土，在80℃水浴中搅拌2小时，静置10分钟，除去底部沉淀的杂质。然后加入1000g己内酰胺，超声2小时；在旋转蒸发仪中除去大部分水，水浴温度控制在90℃以下；加入反应釜中升温至250～260℃保持压力在0.8MPa，反应3小时；常压反应1小时，最后保持真空1小时，出料。制备的蒙脱土/尼龙纳米复合材料性能见附表一。
实施例2
同实施例1，仅改变有机化蒙脱土含量为10g，蒸馏水为500g，制备的蒙脱土/尼龙纳米复合材料性能见附表一。
实施例3
同实施例1，仅改变有机化蒙脱土含量为15g，蒸馏水为750g，制备的蒙脱土/尼龙纳米复合材料性能见附表一。
实施例4
同实施例1，仅改变有机化蒙脱土含量为20g，蒸馏水为1000g，制备的蒙脱土/尼龙纳米复合材料性能见附表一。
实施例5
同实施例1，仅改变有机化蒙脱土含量为25g，蒸馏水为1250g，制备的蒙脱土/尼龙纳米复合材料性能见附表一。
附表一：
| 实施例编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 分散方式蒙脱土含量(重量％)颜色密度(g/cm3)熔指(g/10min)弯曲强度(MPa)弯曲模量(MPa)拉伸强度(MPa)伸长率(％)IZOD缺口冲击(J/m)HDT(℃)，1.82MPa | 0半透1.12303294.3244966.8504370 | 水0.5白色1.12114376.8237876.6954199 | 水1白色1.12422698.1291879.67329124.4 | 水1.5白色1.13113694.3277177.19033133.1 | 水2白色1.12434460.7185563.19429143.6 |
Claims (2)
1.一种蒙脱土/尼龙6纳米复合材料，其特征在于，该复合材料由0.5～2重量％的蒙脱土与98～99.5重量％的尼龙6(己内酰胺)经水解开环聚合得到。
2.一种权利要求1所述的蒙脱土/尼龙6纳米复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下工艺步骤：蒙脱土的分散，首先将占复合材料0.5～2重量％的蒙脱土分散在10～50倍的水溶液中，在75～85℃水浴中搅拌1.5～2.5小时，加入占复合材料98～99.5重量％的尼龙6(己内酰胺)超声分散0.5～6小时，然后在80～100℃下用减压蒸馏除去大部分水，加入反应釜中升温至250～260℃保持压力在0.8～1.2MPa，反应3～4小时，再常压反应1小时，最后保持真空1小时，出料。
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