纳米增强粒子增强的尼龙复合材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及可应用于制备扎带或电子插接线器件的纳米增强粒子增强的尼龙复 合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 尼龙是工程塑料中开发较早的品种，具有高强、耐油、减震等诸多优良的性能，在 汽车、电气设备、机械部件、交通器材、纺织等领域得到了广泛的应用。而透明尼龙由于其透 明性，使得其在光学仪器、精密部件、计量仪表、电子插接线、食品包装和生物医用等领域相 对于其它不透明尼龙具有更明显的优势，因此对于透明尼龙的生产和开发已受到许多生产 商的重视，Koga，Emser，Degussa等知名企业均已推出了多种系列的透明尼龙产品。
[0003] 许多无机材料，如玻璃纤维、滑石、碳酸巧、粘±等都可W作为填料或增强剂来提 高高分子材料的性能。高分子材料的性能的提高程度通常取决于填料的填充量、填料在基 体中的分散度和取向度、填料/基体界面情况等。（Macromolecules，2011，44:3856-3861. )近年来，随着纳米技术的发展，利用纳米填料来制备聚合物纳米复合材料在提高材料已有 性能及赋予材料新性能方面具有独特的优势，引起了研究者越来越多的兴趣。如日本丰田 研究所、美国Connell和Michigan大学等的科研人员对插层制备聚合物/蒙脱±纳米复合 材料作了广泛的研究，其中就包括合成了尼龙6/蒙脱±纳米复合材料。中国科学院化学研 究所漆宗能教授等人率先在国内开展了聚合物/蒙脱±纳米复合材料的研究，已取得多项 成果并申请了专利（CN1162470C、CN1137198C)，如单体插层缩聚法制备尼龙/蒙脱±纳米 复合材料等（CN1055706CXN1081207C)。研究证明，与纯PA6相比，纳米增强粒子可W大大 提高PA6的力学性能。因此，利用纳米粒子对聚醜胺进行改性，对于提高材料总体性能，拓 展材料的应用范围具有重要意义。但上述尼龙为了保证力学强度，一般具有较高的结晶度， 而结晶过程十分容易形成球晶，而球晶直径大于可见光波长，导致送种尼龙不具备透明性。
[0004] 上世纪走八十年代，我国大规模工业化生产和人们日常生活使用涉及到的绑扎用 材料都是采用诸如麻绳、棉线等材料，随后，尼龙扎带作为一种新奇的塑料制品由沿海外贸 互动交流流入国内，得到广泛应用，并逐步代替传统绑扎绳索。但尼龙扎带存在缺口冲击强 度低，吸水后易变形，加工过程中成型慢，影响制件成品的尺寸稳定性等问题，使其应用受 到一定限制。
[0005] 本发明通过一步法原位聚合，在尼龙单体原位聚合制备的过程中直接添加纳米增 强粒子，无需进行预分散等工序，减少了设备工艺过程，降低了生产成本。且由制备的纳米 增强粒子增强的透明尼龙复合材料具有结晶温度高，加工成型快的特点，制备出的尼龙复 合材料的晶粒细化，在高强度、高结晶度的情况下，还具有透明性，可应用于制备扎带或电 子插接线器件。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供可应用于制备扎带或电子插接线器件的纳米增强粒子增 强的透明尼龙复合材料及其制备方法。
[0007] 本发明的可应用于制备扎带或电子插接线器件的纳米增强粒子增强的透明尼龙 复合材料，是由W下重量份的原料组分制备得到，W尼龙单体的重量份为基准；
[0008] 厄龙单体 100重量份 纳米增强粒子 0.01~65重量份 纯水 0.01~100重量份 催化剂 ：0.則~1重量份
[0009] 所述的尼龙复合材料中的纳米增强粒子的分散相尺度为10~100纳米。
[0010] 所述的尼龙单体选自己内醜胺、了内醜胺、辛内醜胺、ω -庚内醜胺、12-内醜胺 中的一种或几种。
[0011] 所述的催化剂为次亚磯酸、Ν-己醜基己内醜胺或它们的混合物。
[0012] 所述的纳米增强粒子为市售的有机胺改性蒙脱±，或由W下方法制备得到的有机 胺改性蒙脱±:
[0013] W有机胺的重量份为基准，将100重量份的有机胺、0. 01~10重量份的活化剂、 0. 01~80重量份的蒙脱±与1~1000重量份的纯水混合，并将混合物由室温升温至温 度为100~15(TC，在升温过程中同时利用高速揽拌机揽拌剪切10~120分钟，停止揽拌 后，利用离必机将所得混合物离必分离5~60分钟，离必分离时的离必机的转速是1000~ 10000转/分钟，取下层沉淀，之后在温度为60~12(TC的真空烘箱中进行真空干燥12~ 48小时，得到有机胺改性蒙脱±。
[0014] 所述的有机胺选自十二烷基Η甲基氯化倭、十二烷基Η甲基漠化倭、十二烷基二 甲基予基氯化胺、十二烷基二甲基予基漠化胺、十四烷基二甲基予基氯化胺、十四烷基二甲 基予基漠化胺、十六烷基Η甲基氯化倭、十六烷基Η甲基漠化倭、十六烷基二甲基帰丙基氯 化倭、十六烷基二甲基予基氯化胺、十六烷基二甲基予基漠化胺、十六烷基二甲基帰丙基漠 化倭、（对己帰苯甲基）十二（或十六）烷基二甲基氯化胺、（对己帰苯甲基）十二（或 十六）烷基二甲基漠化胺、十八烷基Η甲基氯化胺、十八烷基Η甲基漠化胺、十八烷基二甲 基予基氯化胺、十八烷基二甲基予基漠化胺、十八烷基伯胺、对（己帰基苯）Η甲基漠化倭、 氯姪基二甲基苯甲胺、己二胺、二己帰Η胺、Η己帰四胺、邻苯二甲醜亚胺、甲基丙帰酸二甲 氨己醋、Η甲基氯化倭、对（己帰基苯）Η甲基氯化倭中的一种。
[0015] 所述的活化剂选自硫酸、己酸、盐酸、礙酸、Η氯醋酸、磯酸、间苯二酸、邻苯二酸中 的一种。
[0016] 所述的蒙脱±选自钢基蒙脱±、媒基蒙脱±、巧基蒙脱±、钢-巧基蒙脱±、镇基 蒙脱±中的一种。
[0017] 所述的市售的有机胺改性蒙脱±选自十二烷基季倭盐、十六烷基季倭盐、十八焼 基季倭盐、帰丙基季倭盐、丙帰醜胺基季倭盐、丙帰醋基季倭盐改性的有机胺改性蒙脱±中 的一种。
[0018] 本发明的可应用于制备扎带或电子插接线器件的纳米增强粒子增强的透明尼龙 复合材料的制备方法是按照W下步骤进行：
[0019] 1). W尼龙单体的重量份为基准，将100重量份的尼龙单体、0. 01~65重量份的 纳米增强粒子、0. 01~1重量份的催化剂和0. 01~100重量份的纯水加入到反应蓋中并揽 拌均匀（一般在反应蓋中进行揽拌的时间为0. 5~2小时）；
[0020] 2)密闭步骤1)的反应蓋，在揽拌状态下，对反应蓋进行充惰性气体及抽真空处 理，排出反应蓋内的空气；之后向反应蓋内充入惰性气体，使反应蓋中的压强为0.01~ 3MPa，将反应蓋中的温度由室温在60~120分钟内均匀升温至温度为220~27(TC，并保 温0. 5~10小时；在保温期间，匀速降低反应蓋内的压强至常压，并排出反应蓋内的气体物 质；之后打开真空泉，对反应蓋进行抽真空处理并停止揽拌，向反应蓋中充入惰性气体，使 反应蓋内的压强至常压；打开反应蓋的出料阀出料至容器中，降温至室温，得到可应用于制 备扎带或电子插接线器件的纳米增强粒子增强的透明尼龙复合材料。
[0021] 本发明的可应用于制备扎带或电子插接线器件的纳米增强粒子增强的透明尼龙 复合材料，是将尼龙单体、纳米增强粒子、催化剂和纯水加入到反应蓋中进行制备得到，在 原位水解开环聚合制备纳米增强粒子增强的透明尼龙复合材料的过程中加入纳米增强粒 子，不仅提高了纳米增强粒子增强的透明尼龙复合材料的各项力学性能，且制备的透明尼 龙复合材料的结晶温度显著提高，使得透明尼龙复合材料在加工的过程中成型快，有利于 尼龙扎带的成型制备。本发明所制备的纳米增强粒子增强的透明尼龙复合材料中的纳米增 强粒子与尼龙相容性好，结晶生成的晶粒较小，最终可形成具有微晶粒结构的透明尼龙材 料。送种透明