一种浇铸尼龙6耐热复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种由己内酰胺、水滑石、催化剂、引发剂、热稳定剂制备而成的浇铸尼龙6耐热复合材料。本发明利用具有层状、多孔结构的超细水滑石来改性浇铸尼龙6，通过水滑石参与己内酰胺的阴离子原位聚合实现提高浇铸尼龙6耐热性和力学强度。本发明操作工艺简单，所制备复合材料性能优越，适于工业化生产。由于其具有高强度和耐热性等特点，可应用于电子电器和包装行业等领域。
【专利说明】一种浇铸尼龙6耐热复合材料及其制备方法
[0001] 【技术领域】
[0002] 本发明涉及浇铸尼龙改性【技术领域】，具体涉及一种浇铸尼龙6耐热复合材料及其 制备方法。
[0003] 【背景技术】
[0004] 聚酰胺纤维俗称尼龙（Nylon)，简称PA，密度1. 15 g/cm3,是分子主链上含有重复 酰胺基团[NHC0]的热塑性树脂总称。聚酰胺6 (聚己内酰胺）是最普通的聚酰胺纤维之 一，又称尼龙6,其熔点较低，而且工艺温度范围很宽，抗冲击性和抗溶解性比尼龙66塑料 要好。
[〇〇〇5] 浇铸尼龙6简称MCPA6,是一种广泛应用于石油化工、机械和纺织等工业领域的工 程塑料。随着其应用范围的扩大和对材料各项指标的提高，MCPA6在力学强度和耐热性等 方面需要得到进一步改善，目前通常采用加入硬脂酸盐的方法提高MCPA6的耐热性，但是 改善程度有限。此外通过水滑石改性工程塑料已经应用到一些领域，比如通过简单共混针 对尼龙和聚丙烯树脂等进行改性，但是此类方式存在性能改善幅度较小等不足。
[0006] 水滑石是一种无毒无害，具有层状多孔结构的白色粉末，粒径10nnTl50nm，比表面 积为5m 2/g~25 m2/g。其多孔结构可以参与己内酰胺的阴离子聚合，镶嵌于大分子链中，因 而可以提高己内酰胺聚合生成材料的力学强度。此外水滑石具有优良的热稳定性，在与钙 类和锌类热稳定剂复配时有加成作用，可以用来提高工程塑料的热稳定性。本发明利用水 滑石这一特性制备成浇铸尼龙6耐热复合材料，其具有高强度和耐热性等特点，可应用于 电子电器和包装行业等领域。
[0007]
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于为克服现有技术中的缺陷而提供一种浇铸尼龙6耐热复合材 料及其制备方法。
[〇〇〇9] 为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下： 一种浇铸尼龙6耐热复合材料，由包括以下重量份的组分制成： 己内酰胺 1〇〇份， 水滑石 2~15份， 催化剂 0. 2~1. 5份， 引发剂 0. 2~2份， 热稳定剂 〇~5份。
[0010] 所述的水滑石为层状、多孔结构的白色粉末，粒径10nnTl50nm，比表面积为5m2/ g?25 m2/g〇 toon] 所述的催化剂为氢氧化钠或甲醇钠。
[〇〇12] 所述的引发剂为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸 酯。
[0013] 所述的热稳定剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙。
[0014] 一种浇铸尼龙6耐热复合材料及其制备方法，包括以下步骤： (1) 称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融； (2) 对（1)中的熔融的己内酰胺进行真空脱水； (3) 取2~15重量份的水滑石，置于硅烷偶联剂溶液中进行表面处理15~35min，然后于 70?80°C烘箱中烘干1?3h ; (4) 氮气氛围保护下，在经（2)处理后的己内酰胺中加入经（3)表面处理后的水滑石和 (Γ5份的热稳定剂，超声分散制备得水滑石悬浊液； (5) 在水滑石悬浊液中加入0. 2~1. 5重量份的催化剂，真空脱水； (6) 在上述制备的溶液中加入0. 2~2重量份的引发剂，混合均匀后迅速注入预热到 13(T170°C的模具中，保温聚合15~30min后室温下冷却脱模，即制得浇铸尼龙6耐热复合材 料。
[0015] 所述的步骤（3)中的硅烷偶联剂溶液为硅烷偶联剂与溶剂形成的质量百分比为 159Γ35%的溶液，其中硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550)或γ-缩水甘油醚氧 丙基三甲氧基硅烷（KH560)，溶剂为甲醇或乙醇。
[0016] 所述的步骤（2)中的真空脱水是在13(T155°C进行真空脱水15~35min。
[0017] 所述的步骤（4)中超声分散的频率为5(Γ80ΚΗζ、时间为l(T30min。
[0018] 所述的步骤（5)中真空脱水是在13(Tl60°C下真空脱水2(T40min。
[0019] 本发明利用水滑石的插层结构使其在分子级别参与到浇铸尼龙6的制备，即将水 滑石引入己内酰胺的原位聚合过程中，制备了具有优良力学强度和耐热性的浇铸尼龙6纳 米复合材料，使改性后的浇铸尼龙6的拉伸强度和耐热性得到大幅提升。并较传统的单纯 添加热稳定剂的改性方式相比，在提高耐热性的同时提高了力学强度。
[0020] 所以，本发明具有以下有益效果： (1) 本发明采用了具有层状多孔结构的水滑石，并利用己内酰胺的阴离子原位聚合反 应制备浇铸尼龙6耐热复合材料，其中水滑石的多孔结构参与己内酰胺的阴离子聚合，并 镶嵌于大分子链中，从而提高了己内酰胺聚合生成的浇铸尼龙6的材料力学强度与耐热 性； (2) 将本发明制备的浇铸尼龙6材料在23°C、50%湿度下调节，分别采用ASTM D638 和ASTM D648检测拉伸强度和热变形温度，其热变形温度、拉伸强度最大可达到200°C、 115MPa，较改性前相比拉伸强度提高了 53. 3%。
[0021] (3)本发明操作工艺简单，所制备复合材料性能优越，适于工业化生产。
[0022] (4)本发明制备的浇铸尼龙6耐热复合材料，具有高强度和耐热性等特点，可应用 于电子电器和包装行业等领域。
[0023] 具体实施方法 下面结合具体实施例对本
【发明内容】
进行进一步的说明，但所述实施例并非是对本发明 实质精神的简单限定，任何基于本发明实质精神所作出的简单变化或等同替换均应属于本 发明所要求保护的范围之内。
[0024] 实施例1 (1) 称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融； (2) 将上述熔融的己内酰胺于130°C进行真空脱水35min ; (3) 取2重量份的水滑石，置于由KH550、甲醇配制的质量百分比为30%的硅烷偶联剂 溶液中进行表面处理15min，然后于70°C烘箱中烘干3h ; (4) 氮气氛围保护下在己内酰胺中加入上述步骤（3)中表面处理后的水滑石，经 50KHz、30min超声分散后制得水滑石悬浊液； (5) 在水滑石悬浊液中加入0. 2重量份的氢氧化钠，160°C下真空脱水20min ; (6) 在上述制备的溶液中加入2重量份的甲苯二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热 至IJ 130°C的模具中，保温聚合30min后室温下冷却脱模，即制得浇铸尼龙6耐热复合材料。
[0025] 所制得的浇铸尼龙6耐热复合材料性能见表1。
[0026] 实施例2 (1) 称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融； (2) 将上述熔融的己内酰胺于130°C进行真空脱水32min ; (3) 取2重量份的水滑石，置于KH550、甲醇配制的质量百分比为30%的硅烷偶联剂溶 液中进行表面处理15min，然后于70°C烘箱中烘干3h ; (4) 氮气氛围保护下在己内酰胺中加入上述步骤（3)中表面处理后的水滑石，经 50KHz、30min超声分散后制得水滑石悬浊液； (5) 在水滑石悬浊液中加入0. 2重量份的氢氧化钠，160°C下真空脱水20min ; (6) 在上述制备的溶液中加入2重量份的甲苯二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热 至IJ 130°C的模具中，保温聚合30min后室温下冷却脱模，即制得浇铸尼龙6耐热复合材料。
[0027] 所制得的浇铸尼龙6耐热复合材料性能见表1。
[0028] 实施例3 (1) 称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融； (2) 将上述熔融的己内酰胺于135°C进行真空脱水32min ; (3) 取5重量份的水滑石，置于KH550与甲醇配制的质量百分比为30%的硅烷偶联剂溶 液中进行表面处理15min，然后于70°C烘箱中烘干3h ; (4) 氮气氛围保护下在己内酰胺中加入上述步骤（3)中表面处理后的水滑石，经 50KHz、30min超声分散后制得水滑石悬浊液； (5) 在水滑石悬浊液中加入0. 2重量份的氢氧化钠，160°C下真空脱水20min ; (6) 在上述制备的溶液中加入2重量份的甲苯二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热 到130°C的模具中，保温聚合30min后室温下冷却脱模，即制得浇铸尼龙6耐热复合材料。
[0029] 所制得的浇铸尼龙6耐热复合材料性能见表1。
[0030] 实施例4 (1) 称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融； (2) 将上述熔融的己内酰胺于135°C进行真空脱水28min ; (3) 取5重量份的水滑石，置于KH550、甲醇配制的质量百分比为25%的硅烷偶联剂溶 液中进行表面处理15min，然后于70°C烘箱中烘干3h ; (4) 氮气氛围保护下在己内酰胺中加入上述步骤（3)中表面处理后的水滑石，经 60KHz、30min超声分散后制得水滑石悬浊液； (5) 在水滑石悬浊液中加入0. 7重量份的氢氧化钠，150°C下真空脱水20min ; (6) 在上述制备的溶液中加入1.5重量份的甲苯二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预 热到130°C的模具中，保温聚合25min后室温下冷却脱模，即制得浇铸尼龙6耐热复合材料。
[0031] 所制得的浇铸尼龙6耐热复合材料性能见表1。
[0032] 实施例5 (1) 称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融； (2) 将上述熔融的己内酰胺于140°C进行真空脱水28min ; (3) 取8重量份的水滑石，置于KH550、甲醇配制的质量百分比为25%的硅烷偶联剂溶 液中进行表面处理25min，然后于75°C烘箱中烘干2h ; (4) 氮气氛围保护下在己内酰胺中加入上述步骤（3)中表面处理后的水滑石，2份的硬 脂酸锌，经60KHz、20min超声分散后制得水滑石悬浊液； (5) 在水滑石悬浊液中加入0. 7重量份的氢氧化钠，150°C下真空脱水30min ; (6) 在上述制备的溶液中加入1. 5重量份的二苯基甲烷二异氰酸酯，混合均匀后迅速 注入预热到150°C的模具中，保温聚合25min后室温下冷却脱模，即制得浇铸尼龙6耐热复 合材料。
[0033] 所制得的浇铸尼龙6耐热复合材料性能见表1。
[0034] 实施例6 (1) 称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融； (2) 将上述熔融的己内酰胺于140°C进行真空脱水24min ; (3) 取8重量份的水滑石，置于KH550、甲醇配制的质量百分比为25%的硅烷偶联剂溶 液中进行表面处理25min，然后于75°C烘箱中烘干2h ; (4) 氮气氛围保护下在己内酰胺中加入上述步骤（3)中表面处理后的水滑石，3份的硬 脂酸钙，经60KHz、20min超声分散后制得水滑石悬浊液； (5) 在水滑石悬浊液中加入0. 7重量份的氢氧化钠，150°C下真空脱水30min ; (6) 在上述制备的溶液中加入1. 5重量份的二苯基甲烷二异氰酸酯，混合均匀后迅速 注入预热到150°C的模具中，保温聚合25min后室温下冷却脱模，即制得浇铸尼龙6耐热复 合材料。
[0035] 所制得的浇铸尼龙6耐热复合材料性能见表1。
[0036] 实施例7 (1) 称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融； (2) 将上述熔融的己内酰胺于145°C进行真空脱水24min ; (3) 取10重量份的水滑石，置于KH560、乙醇配制的质量百分比为20%的硅烷偶联剂溶 液中进行表面处理25min，然后于75°C烘箱中烘干2h ; (4) 氮气氛围保护下在己内酰胺中加入上述步骤（3)中表面处理后的水滑石，5份的硬 脂酸钙，经70KHz、20min超声分散后制得水滑石悬浊液； (5) 在水滑石悬浊液中加入1. 0重量份的甲醇钠，140°C下真空脱水30min ; (6) 在上述制备的溶液中加入1. 0重量份的二苯基甲烷二异氰酸酯，混合均匀后迅速 注入预热到150°C的模具中，保温聚合20min后室温下冷却脱模，即制得浇铸尼龙6耐热复 合材料。
[0037] 所制得的浇铸尼龙6耐热复合材料性能见表1。
[0038] 实施例8 (1) 称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融； (2) 将上述熔融的己内酰胺于145°C进行真空脱水20min ; (3) 取10重量份的水滑石，置于KH560、乙醇配制的质量百分比为20%的硅烷偶联剂溶 液中进行表面处理25min，然后于75°C烘箱中烘干2h ; (4) 氮气氛围保护下在己内酰胺中加入上述步骤（3)中表面处理后的水滑石，经 70KHz、20min超声分散后制得水滑石悬浊液； (5) 在水滑石悬浊液中加入1. 0重量份的甲醇钠，140°C下真空脱水30min ; (6) 在上述制备的溶液中加入1. 0重量份的二苯基甲烷二异氰酸酯，混合均匀后迅速 注入预热到150°C的模具中，保温聚合20min后室温下冷却脱模，即制得浇铸尼龙6耐热复 合材料。
[0039] 所制得的浇铸尼龙6耐热复合材料性能见表1。
[0040] 实施例9 (1) 称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融； (2) 将上述熔融的己内酰胺于150°C进行真空脱水20min ; (3) 取13重量份的水滑石，置于KH560、乙醇配制的质量百分比为20%的硅烷偶联剂溶 液中进行表面处理35min，然后于80°C烘箱中烘干lh ; (4) 氮气氛围保护下在己内酰胺中加入上述步骤（3)中表面处理后的水滑石，经 70KHz、10min超声分散后制得水滑石悬浊液； (5) 在水滑石悬浊液中加入1. 0重量份的甲醇钠，140°C下真空脱水40min ; (6) 在上述制备的溶液中加入1. 0重量份的六亚甲基二异氰酸酯，混合均匀后迅速注 入预热到170°C的模具中，保温聚合20min后室温下冷却脱模，即制得浇铸尼龙6耐热复合 材料。
[0041] 所制得的浇铸尼龙6耐热复合材料性能见表1。
[0042] 实施例10 (1) 称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融； (2) 将上述熔融的己内酰胺于150°C进行真空脱水17min ; (3) 取13重量份的水滑石，置于由KH560、乙醇配制的质量百分比为15%的硅烷偶联剂 溶液中进行表面处理35min，然后于80°C烘箱中烘干lh ; (4) 氮气氛围保护下在己内酰胺中加入上述步骤（3)中表面处理后的水滑石，经 80KHz、10min超声分散后制得水滑石悬浊液； (5) 在水滑石悬浊液中加入1. 5重量份的甲醇钠，130°C下真空脱水40min ; (6) 在上述制备的溶液中加入0. 2重量份的六亚甲基二异氰酸酯，混合均匀后迅速注 入预热到170°C的模具中，保温聚合15min后室温下冷却脱模，即制得浇铸尼龙6耐热复合 材料。
[0043] 所制得的浇铸尼龙6耐热复合材料性能见表1。
[0044] 实施例11 (1) 称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融； (2) 将上述熔融的己内酰胺于155°C进行真空脱水17min ; (3) 取15重量份的水滑石，置于KH560、乙醇配制的质量百分比为15%的硅烷偶联剂溶 液中进行表面处理35min，然后于80°C烘箱中烘干lh ; (4) 氮气氛围保护下在己内酰胺中加入上述步骤（3)中表面处理后的水滑石，3份的硬 脂酸锌，经80KHz、lOmin超声分散后制得水滑石悬浊液； (5) 在水滑石悬浊液中加入1. 5重量份的甲醇钠，130°C下真空脱水40min ; (6) 在上述制备的溶液中加入0. 2重量份的六亚甲基二异氰酸酯，混合均匀后迅速注 入预热到170°C的模具中，保温聚合15min后室温下冷却脱模，即制得浇铸尼龙6耐热复合 材料。
[0045] 所制得的浇铸尼龙6耐热复合材料性能见表1。
[0046] 实施例12 (1) 称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融； (2) 将上述熔融的己内酰胺于155°C进行真空脱水15min ; (3) 取15重量份的水滑石，置于由KH560、乙醇配制的质量百分比为15%的硅烷偶联剂 溶液中进行表面处理35min，然后于80°C烘箱中烘干lh ; (4) 氮气氛围保护下在己内酰胺中加入上述步骤（3)中表面处理后的水滑石，5份的硬 脂酸锌，经80KHz、lOmin超声分散后制得水滑石悬浊液； (5) 在水滑石悬浊液中加入1. 5重量份的甲醇钠，130°C下真空脱水40min ; (6) 在上述制备的溶液中加入0. 2重量份的六亚甲基二异氰酸酯，混合均匀后迅速注 入预热到170°C的模具中，保温聚合15min后室温下冷却脱模，即制得浇铸尼龙6耐热复合 材料。
[0047] 所制得的浇铸尼龙6耐热复合材料性能见表1。
[0048] 为了体现本发明的浇铸尼龙6耐热复合材料的优越性能，特对水滑石通过共混方式改 性聚丙烯制得的复合材料(对比例1);水滑石通过共混方式改性尼龙6制得的复合材料(对 比例2);未经水滑石改性的浇铸尼龙6材料(对比例3)。将对比例1-3与本发明实施例1-12 的浇铸尼龙6耐热复合材料进行对比，其对比例1-3具体制备方法如下： 对比例1 (1) 取100质量份聚丙烯树脂，与5质量份的水滑石和5质量份的偶联剂； (2) 将上述混合物在高混机中混合均匀； (3) 将混合后的原料通过挤出机，从喂料到机头各区温度分别为150°C、175°C、205°C、 215°C、215°C、210°C和 205°C，挤出造粒。
[0049] 所制得的聚丙烯/水滑石复合材料性能见表1。
[0050] 对比例2 (1) 将100质量份的尼龙6于110°C下烘干4h ; (2) 取5质量份的水滑石与5质量份的偶联剂在高混机中混合均匀； (3) 将混合后的原料通过挤出机，从喂料到机头各区温度分别为230°C、235°C、235°C、 240°C、240°C、235°C和230°C，挤出切粒后真空干燥。
[0051] 所制得的尼龙6/水滑石复合材料性能见表1。
[0052] 对比例3 (1) 称取100重量份己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融； (2) 对上述己内酰胺在130°C进行真空脱水30min ; (3) 加入0. 4重量份的催化剂氢氧化钠，135°C进行真空脱水30min ; (4) 在上述制备的溶液中加入0. 3重量份的引发剂甲苯二异氰酸酯，混合均匀后迅速 注入预热到160°C的模具中，保温聚合20min后室温下冷却脱模，即制得浇铸尼龙6材料。
[0053] 所制得的浇铸尼龙6材料性能见表1。
[0054] 将上述对比例1-3制备的样品与本发明的实施例1 一 12制得的浇铸尼龙6耐热复合 材料制备样品在23°C、50%湿度下调节24小时后，分别采用ASTM D638和ASTM D648检测 拉伸强度和热变形温度。具体如下表1所示： 表1 :性能对比表
【权利要求】
1. 一种浇铸尼龙6耐热复合材料，其特征在于：由以下组分按重量份制成： 己内酰胺 1〇〇份， 水滑石 2~15份， 催化剂 0. 2~1. 5份， 引发剂 0. 2~2份， 热稳定剂 〇~5份。
2. 根据权利要求1所述的浇铸尼龙6耐热复合材料，其特征在于：所述的水滑石为层 状、多孔结构的白色粉末，其粒径为10nnTl50nm，比表面积为5m 2/g~25 m2/g。
3. 根据权利要求1所述的浇铸尼龙6耐热复合材料，其特征在于：所述的催化剂为氢 氧化钠或甲醇钠。
4. 根据权利要求1所述的浇铸尼龙6耐热复合材料，其特征在于：所述的引发剂为甲 苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯。
5. 根据权利要求1所述的浇铸尼龙6耐热复合材料，其特征在于：所述的热稳定剂为 硬脂酸锌或硬脂酸钙。
6. 制备一种如权利要求1所述的烧铸尼龙6耐热复合材料的方法，其特征在于，包括以 下步骤： (1) 称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融； (2) 对（1)中的熔融的己内酰胺进行真空脱水； (3) 取2~15重量份的水滑石，置于硅烷偶联剂溶液中进行表面处理15~35min，然后于 70?80°C烘箱中烘干1?3h ; (4) 氮气氛围保护下，在经（2)处理后的己内酰胺中加入经（3)表面处理后的水滑石和 (Γ5份的热稳定剂，超声分散制备得水滑石悬浊液； (5) 在水滑石悬浊液中加入0. 2~1. 5重量份的催化剂，真空脱水； (6) 在上述制备的溶液中加入0. 2~2重量份的引发剂，混合均匀后迅速注入预热到 13(T170°C的模具中，保温聚合15~30min后室温下冷却脱模，即制得浇铸尼龙6耐热复合材 料。
7. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（3)中的硅烷偶联剂溶液 为硅烷偶联剂与溶剂形成的质量百分比为159Γ35%的溶液，其中硅烷偶联剂为γ-氨丙基 三乙氧基硅烷或Y -缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，溶剂为甲醇或乙醇。
8. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2)中的真空脱水是在 130?155°C进行真空脱水15?35min。
9. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（4)中超声分散的频率为 50?80KHz、时间为 l(T30min。
10. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（5)中真空脱水是在 13(Tl60°C下真空脱水20?40min。
【文档编号】C08L77/02GK104098764SQ201310120574
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月9日 优先权日:2013年4月9日
【发明者】杨桂生, 李袅 申请人:合肥杰事杰新材料股份有限公司