反應擠出原位製備尼龍6/凹凸棒土納米複合材料的方法
2023-06-13 07:03:31
專利名稱：：反應擠出原位製備尼龍6/凹凸棒土納米複合材料的方法
技術領域：
：本發明涉及一種尼龍6/凹凸棒土納米複合材料的製備方法，具體涉及一種反應擠出原位製備尼龍6/凹凸棒土納米複合材料的方法。技術背景尼龍，即聚醯胺(PA)是五大工程塑料中應用最廣的品種，但其剛性和耐熱性不佳，吸水率大，使製品的穩定性和電性能變差，在許多領域的應用受到限制。尼龍系納米複合材料是一種新型複合材料，少量的增強粒子以超微細尺寸分散於母體樹脂中，可改進尼龍的力學性能，和熱穩定性能等。因此是目前備受關注的一種改性尼龍的方法。ZL96105362.3及CN1346385A中公開了在製備層狀矽酸/聚醯胺複合材料的技術。該技術中，己內醯胺是通過水解縮聚法合成尼龍製品，在合成過程在反應釜中進行，反應時間長，工藝相對複雜。並且所製備的尼龍製品相對粘度偏低，無法滿足市場中日益增加的對高性能尼龍產品的需求。
發明內容本發明需要解決的技術問題是公開一種反應擠出原位製備尼龍6/凹凸棒土納米複合材料的方法，以克服現有技術存在的上述缺陷，滿足有關領域的需要。本發明提出的反應擠出原位製備尼龍6/凹凸棒土納米複合材料的方法，包括如下步驟將凹凸棒土、催化劑、活化劑和己內醯胺，加入螺杆擠出機中進行反應擠出，調節主機螺杆轉速在2550rpm的範圍內，優選採用雙螺杆擠出機，如德國哈克公司生產的牌號為TW-100型的擠出機；其擠出機各段擠出溫度範圍為190—250。C;凹凸棒土、催化劑、活化劑和己內醯胺的重量百分比為凹凸棒土1%5%催化劑0.1%1%活化劑1%5%己內醯胺89%95%以上各個組分的百分比之和為100%。所說的催化劑選自醇鈉、己內醯胺鈉或碳酸鈉中的一種；所說的活化劑為乙醯基己內醯胺；所說的凹凸棒土為含水富鎂鋁矽酸鹽，其化學式為(Mg，Al,Fe)5Si802。(HO)2(OH2)4*4H20，可採用市售產品，如常州一維納米材料有限公司，牌號為NZ-PA-101-1的產品，其粒徑為5080納米；本發明的方法，是利用凹凸棒土在己內醯胺單體的加熱聚合過程中分散成納米尺寸的顆粒這一原位聚合的特點，將納米凹凸棒土分散於己內醯胺單體中，在催化劑和活化劑的作用下，通過雙螺杆擠出機作為反應器，在其筒體設定溫度為190250°C,螺杆轉速為2550rpm的情況下，使己內醯胺單體在凹凸棒土存在下於雙螺杆擠出機中短時間內原位聚合。其優點主要體現在-(1)利用原位聚合機理，凹凸棒土直接分散於己內醯胺單體中，並在己內醯胺單體的加熱聚合過程中原位分散成納米尺寸的顆粒存在於PA6聚合產物中，且分散均勻且粒徑分布較窄，粒徑為50nm左右。(2)該材料的合成工藝是通過螺杆擠出機作為反應器來實現，整個催化體系在螺杆剪切的作用下均勻混合。同時其螺杆剪切力幫助打開凹凸棒土聚集體，達到凹凸棒土在己內醯胺中的原位分散聚合的目的。可以通過對筒體溫度和螺杆轉速的調節控制來PA6/凹凸棒土納米複合材料的性能。通過螺杆反應擠出原位製備出的PA6/凹凸棒土納米複合材料其機械性能明顯優於普通PA6。同時，凹凸棒土與己內醯胺的原位分散聚合，使凹凸棒土在PA6基體中達到納米級分散，提高了複合材料的熱穩定性。圖1為A6/凹凸棒土納米複合材料的斷面掃描電鏡照片，(放大5000倍)。圖2為A6/凹凸棒土納米複合材料的斷面掃描電鏡照片^(放大20000倍)。具體實施方式實施例1將500g己內醯胺在8(TC下熔融，稱取粒徑為50納米的凹凸棒土27g，醇鈉5.5g，乙醯基己內醯胺24g，置於熔融的己內醯胺中。然後加入雙螺杆中進行反應擠出。主機螺杆轉速為25rpm，擠出機各段溫度設定為tableseeoriginaldocumentpage5所得的PA6/凹凸棒土複合材料的相對粘度為4.7，其機械性能測試數據見表1。斷面掃描電鏡照片見圖1和圖2。實施例2:將500g己內醯胺在8(TC下熔融，稱取粒徑為50納米的凹凸棒土21g，碳酸鈉0.5g，乙醯基己內醯胺5g，置於熔融的己內醯胺中。然後加入雙螺杆中進行反應擠出。主機螺杆轉速為50rpm;擠出機各段溫度設定為段數123機頭溫度'c195235240245所得的PA6/凹凸棒土複合材料的相對粘度為5.9，其機械性能測試數據見表l。表1PA6/凹凸棒土納米複合材料的機械性育tableseeoriginaldocumentpage6實施例35:實例35中，將500g己內醯胺在8(TC下熔融，稱取己內醯胺鈉lg，乙醯基己內醯胺15g。其中己內醯胺、己內醯胺鈉和乙醯基己內醯胺用量保持不變，粒徑為50納米的凹凸棒土的用量依次分別為5g，10g，15g，置於熔融的己內醯胺中。然後加入雙螺杆中進行反應擠出。主機螺杆轉速為35rpm，擠出機各段溫度設定為tableseeoriginaldocumentpage6所得的PA6/凹凸棒土複合材料的機械性能和維卡軟化溫度測試數據見表2。表2不同凹凸棒含量對PA6/凹凸棒土納米複合材料的機械性能和維卡軟化溫度的影響。tableseeoriginaldocumentpage7權利要求1.反應擠出原位製備尼龍6/凹凸棒土納米複合材料的方法，包括如下步驟將凹凸棒土、催化劑、活化劑和己內醯胺，加入螺杆擠出機中進行反應擠出；凹凸棒土、催化劑、活化劑和己內醯胺的重量百分比為凹凸棒土1％～5％，催化劑0.1％～1％，活化劑1％～5％，己內醯胺89％～95％，以上各個組分的百分比之和為100％。所說的催化劑選自醇鈉、己內醯胺鈉或碳酸鈉中的一種；所說的活化劑為乙醯基己內醯胺。2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，螺杆擠出機主機螺杆轉速為2550rpm。3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，採用雙螺杆擠出機。4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，筒體溫度為190250°C。5.根據權利要求14任一項所述方法製備的尼龍6/凹凸棒土納米複合材料。全文摘要本發明公開了一種反應擠出原位製備尼龍6/凹凸棒土納米複合材料的方法，包括如下步驟將凹凸棒土、催化劑、活化劑和己內醯胺，加入螺杆擠出機中進行反應擠出。本發明的方法，利用原位聚合機理，凹凸棒土直接分散於己內醯胺單體中，並在己內醯胺單體的加熱聚合過程中原位分散成納米尺寸的顆粒存在於PA6聚合產物中，且分散均勻且粒徑分布較窄，粒徑為50nm左右。所製備出的PA6/凹凸棒土納米複合材料，其機械性能明顯優於普通PA6。同時，凹凸棒土與己內醯胺的原位分散聚合，使凹凸棒土在PA6基體中達到納米級分散，提高了複合材料的熱穩定性。文檔編號C08L77/02GK101235198SQ20071003710公開日2008年8月6日申請日期2007年2月2日優先權日2007年2月2日發明者夏浙安,湯品一,邵佳敏,陳建定申請人:華東理工大學