专利名称：一种尼龙6/氧化石墨纳米复合材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种利用水解开环聚合制备氧化石墨/尼龙6导电阻燃纳米复合材料 的制备新方法，尤其涉及一种适用于二次加工成型的具有环保要求的无卤阻燃导电的尼龙 6纳米复合材料的制备方法。
背景技术：
石墨具有类似硅酸盐的层状结构，由于层间距较小，难以提供有机单体的反应空 间。石墨经Hummers法氧化后得到的氧化石墨中含有C-0H、 -COOH，环氧基等基团，从而表 现出较强的极性，很容易吸收极性分子和极性高聚物而形成氧化石墨插层型纳米复合材料 和剥离型纳米复合材料。与常规复合材料相比，纳米复合材料的某些性能由于纳米尺寸效 应而有大幅度的提高并赋予一些新的性能。 文献报道的聚合物/氧化石墨纳米复合材料，其中的氧化石墨能显著降低聚合物 的热释放率，促进碳层的形成，因而所制得的材料表现出良好的热稳定性能和阻燃性能。同 时，在复合材料中分散的氧化石墨片层粒子具有巨大的径厚比，较球状粒子易形成导电网 络，因此该复合材料具有低逾渗阈值和高导电性。 随着尼龙6工程塑料在电子电气、汽车电器、机床电器、家用电器、电动工具等应 用领域的开拓，各行业部门对其应用的高性能化和功能化提出了要求。导电尼龙，绿色阻燃 尼龙越来越受到市场的重视。 现有技术还没有利用氧化石墨的原位插层聚合技术制备尼龙6导电阻燃纳米复 合材料的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高效无卤阻燃性能、导电性能及优良的综合力学 性能的尼龙6/氧化石墨纳米复合材料的制备方法。 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种尼龙6/氧化石墨纳米复合材 料的制备方法，其特征在于，该复合材料由氧化石墨与己内酰胺单体经水解开环聚合制得， 其制备方法按下面步骤进行 (1)将0. 5 10质量份数氧化石墨分散在10 50倍的水溶液中，缓慢加热，在 50 85t:下边搅拌边超声分散0. 5 1小时，得到的氧化石墨胶体悬浮液；
(2)将100质量份数己内酰胺，加入到上述(1)氧化石墨悬浮液中，超声分散、搅 拌0. 5 2小时，混合均匀，在80 IO(TC下用减压蒸馏除去大部分水，加入反应釜升温至 250 26(TC保持压力在0. 8 1. 2MPa，反应3 4小时，然后常压反应1小时，保持真空1 小时，出料得到复合材料产品。 所述的氧化石墨可以为Hummers法所制备，或者从市售得到。
所述的氧化石墨的含量为己内酰胺质量的0. 5 10%。 本发明的优点在于采用水分散氧化石墨，然后己内酰胺原位插层聚合，氧化石墨纳米片层分散均匀，对环境无污染，保持了材料整体优良的力学性能的同时，阻燃效果显 著，导电性能良好，而且所得材料具有良好的二次加工性。 本发明一方面利用氧化石墨本身的碳层和聚合物燃烧过程中形成的碳层的双重 阻隔作用，达到良好的阻燃效果，同时保持了材料优良的力学性能，另一方面发挥了石墨的 优良导电性能，使尼龙6基体形成了从绝缘体到半导体的转变，从而获得具有工业应用价 值的导电阻燃尼龙材料。 本发明制备的尼龙6/氧化石墨纳米复合材料的力学性能、阻燃性能及导电性能
的测试标准见附表l。 附表l
性能指标测试标准
密度(g/cm3)ASTM D 792
熔指(g/10min)ASTM D 1238
拉伸强度(MPa)ASTMD638
弯曲强度(MPa)ASTM D790
缺口冲击强度(KJ/m2)ASTM D256
热变形温度rc)ASTM D648
极限氧指数(％)IS04589-1984
阻燃性能UL94 (ANSI/ASTMD635-77)
体积电导率(S/cm)标准四电极法
(r.t.)(试样7x3x0.5mm3)
具体实施例方式
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蒸馏水中加入5g氧化石墨，8(TC水浴，搅拌，超声l小时，分散均匀。然后 加入1000g己内酰胺，超声2小时。在9(TC下用减压蒸馏除去大部分水，加入反应釜升温至 25(TC保持压力在1. 2MPa，反应4小时，然后常压反应1小时，保持真空1小时，出料。所制 的尼龙6/氧化石墨纳米复合材料的性能见附表2。
实施例2 基本同实施例l，仅改变氧化石墨含量为20g，蒸馏水为1000g。所制的尼龙6/氧 化石墨纳米复合材料的性能见附表2。
4
实施例3 基本同实施例l，仅改变氧化石墨含量为50g，蒸馏水为2500g。所制的尼龙6/氧 化石墨纳米复合材料的性能见附表2。
实施例4 基本同实施例l，仅改变氧化石墨含量为lOOg，蒸馏水为5000g。所制的尼龙6/氧 化石墨纳米复合材料的性能见附表2。 为了考察本发明制备的尼龙6/氧化石墨纳米复合材料的力学性能、阻燃性能及
导电性能的效果，将上述实施例所制得的复合材料进行力学性能、阻燃性能和导电性能测
试。详见附表2。 附表2
项目对照组实施例1实施例2实施例3实施例4
氧化石墨含量 (重量％)00.5210
密度(g/cm3)1.12201.0901.0851.1001.098
熔指(g/10min)3235323736
拉伸强度(MPa)6780928876
断裂伸长率(％)5485909295
弯曲强度(MPa)9495979899
弯曲模量(MPa)23562280223424302257
缺口冲击强度 (KJ/m2)5.87.88.79.38.2
热变形温度rc) 1.82MPa70101118125136
极限氧指数(％)2445475156
UL-94(阻燃)V-2V-lV-lV-0V-0
体积电导率 (S/cm) (r.t.)l.lxl(T42.8xi(r41.2xl(T2
权利要求
一种尼龙6/氧化石墨纳米复合材料的制备方法，其特征在于，该复合材料由氧化石墨与己内酰胺单体经水解开环聚合制得，其制备方法按下面步骤进行(1)将0.5～10质量份数氧化石墨分散在10～50倍的水溶液中，缓慢加热，在50～85℃下边搅拌边超声分散0.5～1小时，得到的氧化石墨胶体悬浮液；(2)将100质量份数己内酰胺，加入到上述(1)氧化石墨悬浮液中，超声分散、搅拌0.5～2小时，混合均匀，在80～100℃下用减压蒸馏除去大部分水，加入反应釜升温至250～260℃保持压力在0.8～1.2MPa，反应3～4小时，然后常压反应1小时，保持真空1小时，出料得到复合材料产品。
2 根据权利要求1所述的尼龙6/氧化石墨纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所 述的氧化石墨可以为Hummers法所制备，或者从市售得到。
3. 根据权利要求1所述的尼龙6/氧化石墨纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所 述的氧化石墨的含量为己内酰胺质量的0. 5 10%。
全文摘要
本发明涉及一种尼龙6/氧化石墨纳米复合材料的制备方法，该方法采用己内酰胺原位水解开环聚合制备得尼龙6/氧化石墨纳米复合材料，使己内酰胺单体易于原位插层聚合，解离氧化石墨片层，提高了氧化石墨片层在聚合物基体中的分散均匀性，所得复合材料具有较好的导电性能和高效的阻燃效果。尼龙6基体达到了由绝缘体到半导体的转变，阻燃等级可以达到UL94标准的V-0级，同时保持了材料本身整体上良好的力学性能。本发明方法工艺简单有效，获得的复合材料导电性及阻燃性明显提高，而且材料具有良好的二次加工性，添加剂氧化石墨对环境无污染，应用领域广泛。
文档编号C08K9/00GK101760011SQ20081020796
公开日2010年6月30日 申请日期2008年12月26日 优先权日2008年12月26日
发明者刘燕, 杨桂生 申请人:上海杰事杰新材料股份有限公司