专利名称：蒙脱土层状尼龙6/蒙脱土纳米复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属尼龙复合材料领域，特别是涉及一种蒙脱土平行排列的层状尼龙6/蒙脱土纳 米复合材料及其制备方法。
背景技术：
至今，高分子/蒙脱土纳米复合材料已有20年研究历史。由于蒙脱土的纳米尺度效应 和很强的有机一无机界面结合力，此类复合材料在强度、耐热性、阻隔性等方面体现出很 大优势。这些年来，此类材料的基础研究与工业开发应用发展非常迅猛，很多材料已经实 现了工业化和商品化。尤其是尼龙6 (—种聚酰胺)/蒙脱土纳米复合材料，作为最早出现 和最早实现工业化的高分子/蒙脱土纳米复合材料，引起人们极大的研究兴趣。
中国专利公开号CN1138593A报道了一种插层聚合"一步法"制备聚酰胺/蒙脱土纳米 复合材料方法。中国专利申请号97112237.7报道了将经插层处理的粘土与聚酰胺在双螺杆 挤出机上熔融共混基础制备聚酰胺/粘土纳米复合材料的方法。中国专利公开号 CN1163288A、申请号97104055.9、 97112237.7和97104194.6等报报道了原位插层聚合制 备高分子/蒙脱土纳米复合材料的方法来克服蒙脱土在聚合物中的分散与界面问题。
然而，关于这类材料的研究仅集中于通过蒙脱土改性(如表面修饰)、插层剂选择和 插层工艺的探索来改善蒙脱土的剥离分散及其与聚合物基体间的相互作用，没有涉及制备 蒙脱土高度平行排列的层状尼龙6/蒙脱土纳米复合材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蒙脱土平行排列的层状尼龙6/蒙脱土纳米复合材料及其制 备方法，通过熔融插层制备一定组分含量的尼龙6/蒙脱土纳米复合材料并在注塑机初步成 型；由平板硫化机提供较大的单轴压力，材料在限制边界的模具内以固态形式被迫流动， 材料内部由于无定形区和晶区两相的织态结构重排，形成类似于贝壳内部的微观片层堆砌 结构；同时，分散在无定形区的蒙脱土随着材料的固态流动而移位，在经历了外界高压力 导致的旋转与高聚物基体流动引起的移位后，这些无机片层区域相互平行排列。这种全新 的内部微观形态与结构使得该材料具有较大的拉伸断裂伸长率。
本发明的一种蒙脱土平行排列的层状尼龙6/蒙脱土纳米复合材料，其组分和含量(重 量份)为100份尼龙6、 1 10份改性蒙脱土和0.1 1份抗氧剂，通过熔融插层获得的剥 离材料。
所述尼龙6为工业级尼龙产品，改性蒙脱土为经过有机化离子交换处理的高纯度蒙脱土，径厚比200，
所述有机化离子为有机长链烷基铵盐将蒙脱土中的水化无机阳离子交换出来；蒙脱土 含量96 98%，抗氧剂为IOIO (四(P-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯)。
本发明的蒙脱土平行排列的层状尼龙6/蒙脱土纳米复合材料中，分散于聚合物基体的 蒙脱土呈现相互平行的排列方式，可通过透射电子显微镜(TEM)对其低温超薄切片进行 观察；其内部微观形态具有微米尺度上的片层结构特征，与贝壳的微观结构非常相似，可 通过扫描电子显微镜(SEM)对其在液氮中脆断的断面进行喷金后观察。
本发明的材料具有很大的断裂伸长率，相比普通熔融插层制备的尼龙6/蒙脱土纳米复 '合材料有较大提高，材料中蒙脱土含量越多，断裂伸长率提高的程度越大。
本发明的蒙脱土平行排列的层状尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的制备方法，包括下列步
骤
(1) 将干燥的尼龙6粒料100份、改性蒙脱土 1 10份和抗氧剂四(j3-(3，5-二叔丁基-4-羟 基苯基)丙酸)季戊四醇酯0.1 l份进行混合，经双螺杆挤出机两次熔融共混、造粒，四段 温度设置范围125 255°C;使用滚筒烘箱(70 110°C)真空干燥5 10小时，得到熔融 插层的尼龙6/蒙脱土纳米复合材料；
(2) 经注塑机加工成型为厚薄均匀的板材，注塑机出口温度为230 240'C，模具温度为 10 50°C，熔胶压力为50.0 120.0 bar;
(3) 将注塑成型的样条放入特定模具内，使用平板硫化机对其施加单轴压力，样条在模 具中双边受限，只沿长度方向发生固态流动(塑性形变)，模具及材料的温度恒定，可在 20 100'C区间选择(波动幅度不超过5'C)，压强为300 1500MPa，保压时间为3~20 分钟；
(4) 保压结束后，脱模取出成品。 本发明的有益效果
本发明的材料体现了一种全新的蒙脱土在高聚物基体中的排列方式，以及一种全新的 尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的内部微观形态结构，这种形态结构与自然界的贝壳内部微观 结构非常相似，所以可认为，这是第一次在高分子/蒙脱土纳米复合材料研究中引入仿生学 的思想。这种多相体系中独特的织态结构赋予材料比普通方法制备的同类材料更大的拉伸 断裂伸长率，且其制备方法非常简单、成本低、有应用于批量生产的可能性，前景可观。
图1是本发明材料的低温超薄切片在透射电子显微镜下观察到的蒙脱土相互平行排列的照 片(照片选取任意位置，切片观察面平行于平板硫化机施加压力的方向)； 图2是普通熔融插层制备的尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的低温超薄切片在透射电子显微镜 下的照片，蒙脱土无规排列；
图3是本发明材料液氮脆断断面的扫描电子显微镜照片(照片选取任意位置，断面平行于 平板硫化机施加压力的方向)，体现材料内部的微观层状结构；
图4是普通熔融插层制备的尼龙6/蒙脱土纳米复合材料液氮脆断断面的扫描电子显微镜照 片，呈现无规断裂形态；
图5是含蒙脱土 3%的尼龙6/蒙脱土纳米复合材料TEM照片(低温超薄切片)； 图6是含蒙脱土 3%的尼龙6/蒙脱土纳米复合材料SEM照片(液氮脆断断面)； 图7是含蒙脱土5M的尼龙6/蒙脱土纳米复合材料TEM照片(低温超薄切片)； 图8是含蒙脱土 5%的尼龙6/蒙脱土纳米复合材料SEM照片(液氮脆断断面)。
具体实施例方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术 人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限 定的范围。
实施例1
将干燥的1000g尼龙6、 30g改性蒙脱土、 2g抗氧剂1010预共混，在四段温度范围 125 255。C的双螺杆挤出机上两次熔融共混、造粒，得到蒙脱土含量为3%的插层纳米复 合材料。恒温于110'C的滚筒烘箱中真空干燥7小时，经注塑机加工(出口温度23(TC，模 具温度20'C，熔胶压力60.0bar)后，将预成型样条放入带活塞的矩形模具，恒温8(TC， 用平板硫化机施加压强650 Mpa，保压5分钟。脱模取出样品，即得具有特殊微观形态的 尼龙6/蒙脱土纳米复合材料。该材料的拉伸断裂伸长率为131%;其低温超薄切片在透射 电子显微镜下可观察到蒙脱土相互平行排列(图5);液氮脆断断面在扫描电子显微镜下能 够清晰观察到均匀的片状堆砌的微观结构(图6)，每层厚度约为5um。
实施例2
将1500 g尼龙6、 75g改性蒙脱土、 3g抗氧剂1010预共混，经双螺杆挤出机两次熔
融共混造粒，得含蒙脱土 5%的纳米复合材料。恒温于IO(TC的滚筒烘箱中真空干燥6小 时，经注塑机加工(出口温度230。C，模具温度4(TC，熔胶压力80.0 bar)后，将预成型 样条放入带活塞的矩形模具，恒温4(TC，用平板硫化机施加压强800Mpa，保压10分钟。 脱模取出样品，得到具有特殊微观形态的尼龙6/蒙脱土纳米复合材料。该材料的拉伸断裂 伸长率为176%;其低温超薄切片在透射电子显微镜下可观察到蒙脱土相互平行排列(图
7) ;液氮脆断断面在扫描电子显微镜下观察到的微观形态呈片状排列，层间界面清晰(图
8) 。
权利要求
1.一种蒙脱土平行排列的层状尼龙6/蒙脱土纳米复合材料，其特征在于该材料的组分和重量份含量为100份尼龙6、1～10份改性蒙脱土和0.1～1份抗氧剂四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯，通过熔融插层获得的剥离材料。
2. 根据权利要求1所述的蒙脱土平行排列的层状尼龙6/蒙脱土纳米复合材料，其特征在 于所述改性蒙脱土为经过有机化离子交换处理的高纯度蒙脱土，其径厚比200,蒙脱土 含量96~98%。
3. 根据权利要求2所述的蒙脱土平行排列的层状尼龙6/蒙脱土纳米复合材料，其特征在于 所述有机化离子为有机长链烷基铵盐。
4. 根据权利要求1或2所述的蒙脱土平行排列的层状尼龙6/蒙脱土纳米复合材料，其特 征在于所述的材料中的蒙脱土平行排列，材料内部具有微米尺度上的片层结构。
5. 蒙脱土平行排列的层状尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的制备方法，包括下列步骤(1) 将干燥的尼龙6粒料100份、改性蒙脱土 1 10份和抗氧剂四(P-(3,5-二叔丁基-4-羟 基苯基)丙酸)季戊四醇酯0.1 l份进行混合，经双螺杆挤出机两次熔融共混、造粒，四段 温度设置范围125 255'C;使用滚筒烘箱70 110'C真空干燥5 10小时，得到熔融插层 的尼龙6/蒙脱土纳米复合材料；(2) 经注塑机加工成型为厚薄均匀的板材，注塑机出口温度为230 240°C，模具温度为 10 50℃，熔胶压力为50.0 120.0 bar;(3) 将注塑成型的样条放入模具内，使用平板硫化机对其施加单轴压力，样条在模具中 双边受限，只沿长度方向发生固态流动塑性形变，模具及材料的温度20 100°C，压强为 300 1500MPa，保压时间为3 20分钟；(4) 保压结束后，脱模取出成品。
全文摘要
本发明涉及一种蒙脱土层状尼龙6/蒙脱土纳米复合材料及其制备方法，该材料的组分和重量份含量为100份尼龙6、1～10份改性蒙脱土和0.1～1份抗氧剂，通过熔融插层获得的剥离材料，其制备依次通过双螺杆共混挤出实现熔融插层、注塑预成型、平板硫化机在温度区间20～100℃施加高压使其发生固态流动制备而成的具有特殊微观形态结构的尼龙6/蒙脱土纳米复合材料。该材料中分散于聚合物基体的蒙脱土呈高度平行排列，材料内部具有微观片层结构，与贝壳内部形态极为相似，具有比普通的同种成分的材料更大的拉伸断裂伸长率。这是首次在高分子/蒙脱土纳米复合材料中引入仿生学思想。
文档编号C08L77/00GK101205361SQ20071017132
公开日2008年6月25日 申请日期2007年11月29日 优先权日2007年11月29日
发明者余木火, 姝 朱, 燕 梁, 滕翠青, 焦明立, 韩克清, 鹏 马 申请人:东华大学