一种浇铸尼龙6的纳米复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明属于浇铸尼龙改性【技术领域】，涉及一种浇铸尼龙6纳米复合材料及其制备方法，该材料由包括以下重量份的组分制成：己内酰胺100份，纳米麦饭石5~35份，催化剂0.3~1.5份，引发剂0.2~1.5份。本发明创新性的采用常用于水质净化、陶瓷和保健领域的具有多孔结构的纳米麦饭石粉改性浇铸尼龙6，利用阴离子原位聚合制备了纳米麦饭石填充的高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料。本发明大幅提高了浇铸尼龙6拉伸强度和抗菌性，操作工艺简单，所制备复合材料性能优越，适于工业化生产。
【专利说明】一种浇铸尼龙6的纳米复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于浇铸尼龙改性【技术领域】，涉及一种浇铸尼龙6纳米复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]烧铸尼龙6简称MCPA6,是一种利用阴离子聚合方法制备的尼龙6,在石油化工、国防工业、机械和纺织等工业领域应用广泛，是一种重要的工程塑料。
[0003]但随着应用范围的扩大和行业内对材料各项指标的提闻，使得MCPA6在机械强度和抗菌性等性能有待提高。为了提高浇铸尼龙6的机械特性，通常选用滑石粉或碳酸钙为填料，但此种方法性能提高幅度较低，成本较高，同时无法满足某些应用条件下的抗菌需求。
[0004]纳米麦饭石粉是一种无毒无害，并且具有生物活性的复合矿物，表观为白色或灰白色粉末，粒径50nnT90nm,比表面积为25m2/g~75m2/g。麦饭石粉具有多孔结构,在己内酰胺的阴离子原位聚合过程中可以镶嵌在分子链中，宏观表现为大幅提高材料的机械性能。此外纳米麦饭石粉末对色素和细菌有较强的吸附能力，可以使改性后的浇铸尼龙6具有较好的抗菌性。本发明制备的浇铸尼龙6纳米复合材料具有高强度、抗菌等特点，可应用于水质净化、种植业和养殖业等领域。
【发明内容】
[0005]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纳米复合材料及其制备方法。本发明在己内酰胺的原位聚合过程中引入纳米麦饭石粉，制备了高强度、抗菌浇铸尼龙6纳米复合材料，较传统的填充滑石粉或碳酸钙相比，具有机械强度提升幅度大、具有环境友好性和抗菌等特性，同时降低了生产成本。
[0006]为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下:
[0007]—种浇铸尼龙6纳米复合材料，由包括以下重量份的组分制成:
[0008]己内酰胺 100份，
[0009]纳米麦饭石 5~35份，
[0010]催化剂0.3~1.5份，
[0011]引发剂 0.2~1.5份；
[0012]所述的己内酰胺为工业级己内酰胺。
[0013]所述的纳米麦饭石粉为白色或灰白色粉末，粒径50nnT90nm，比表面积为25m2/g~75m2/g。
[0014]所述的催化剂为氢氧化钠或甲醇钠。
[0015]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。
[0016] 一种上述浇铸尼龙6纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤:[0017](I)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；
[0018](2)对上述己内酰胺对上述己内酰胺进行真空脱水；
[0019](3)取5~35重量份的纳米麦饭石粉，置于硅烷偶联剂溶液中进行表面处理15"35min ；
[0020](4)氮气氛围保护下在己内酰胺中加入上述步骤(3)中表面处理后的纳米麦饭石粉，超声分散制备纳米麦饭石粉悬浊液；
[0021](5)加入0.3~1.5重量份的碱性催化剂，13(Tl60°C下真空脱水25~40min ；
[0022](6)在上述制备的溶液中加入0.2^1.5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复合材料。
[0023]所述的步骤(2)中的己内酰胺经12(Tl55°C进行真空脱水15~35min。
[0024]所述的步骤(3)中的硅烷偶联剂溶液为KH550甲醇或乙醇溶液，质量浓度为15%~35%的溶液。
[0025]所述的步骤(4)中纳米麦饭石粉悬池液经频率50~80KHz、l(T30min超声分散制得。
[0026]所述的步骤(5)中真空脱水为在13(Tl60°C下真空脱水25~40min。
[0027]本发明创新性的采用常用于水质净化、陶瓷和保健领域的具有多孔结构的纳米麦饭石粉改性浇铸尼龙6，利用阴离子原位聚合制备了纳米麦饭石填充的高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料，属于浇铸尼龙改性领域。本发明大幅提高了浇铸尼龙6拉伸强度和抗菌性；操作工艺简单，所制备复合材料性能优越，适于工业化生产。
[0028]具体实施方法
[0029]下面结合具体实施例进一步说明本发明。
[0030]下列各实施例 和对比例中制备的样品在23°C、50%湿度下调节24小时后，分别采用ASTMD638和Kindy-Bauer法检测拉伸强度和抗菌性。
[0031]实施例1
[0032](I)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；
[0033](2)对上述己内酰胺在120°C进行真空脱水35min ；
[0034](3)取5重量份的纳米麦饭石粉，置于35%KH550的甲醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理15min ；
[0035](4)氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在50KHz条件下经30min制备为纳米麦饭石粉悬浊液；
[0036](5)加入1.5重量份的氢氧化钠，130°C下真空脱水40min ；
[0037](6)在上述制备的溶液中加入0.2重量份的甲苯二异氰酸酯，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，即制得高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料。
[0038]所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。
[0039]实施例2
[0040](I)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；
[0041](2)对上述己内酰胺在120°C进行真空脱水33min ；[0042](3)取10重量份的纳米麦饭石粉，置于32%KH550的甲醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理15min ；
[0043](4)氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在50KHz条件下经30min制备为纳米麦饭石粉悬浊液；
[0044](5)加入1.0重量份的氢氧化钠，130°C下真空脱水39min ；
[0045](6)在上述制备的溶液中加入0.2重量份的甲苯二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到165°C的模具中，保温聚合15min后室温下冷却脱模，即制得高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料。
[0046]所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。
[0047]实施例3
[0048](I)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；
[0049](2)对上述 己内酰胺在125°C进行真空脱水33min ； [0050](3)取15重量份的纳米麦饭石粉，置于32%KH550的甲醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理18min ；
[0051](4)氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在55KHz条件下经25min制备为纳米麦饭石粉悬浊液；
[0052](5)加入0.8重量份的氢氧化钠，135°C下真空脱水39min ；
[0053](6)在上述制备的溶液中加入0.4重量份的甲苯二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到165°C的模具中，保温聚合ISmin后室温下冷却脱模，即制得高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料。
[0054]所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。
[0055]实施例4
[0056](I)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；
[0057](2)对上述己内酰胺在125°C进行真空脱水30min ；
[0058](3)取15重量份的纳米麦饭石粉，置于30%KH550的甲醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理18min ；
[0059](4)氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在55KHz条件下经25min制备为纳米麦饭石粉悬浊液；
[0060](5)加入0.7重量份的氢氧化钠，135°C下真空脱水34min ；
[0061](6)在上述制备的溶液中加入0.4重量份的甲苯二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到160°C的模具中，保温聚合ISmin后室温下冷却脱模，即制得高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料。
[0062]所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。
[0063]实施例5
[0064](I)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；
[0065](2)对上述己内酰胺在130°C进行真空脱水30min ；
[0066](3)取20重量份的纳米麦饭石粉，置于30%KH550的甲醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理20min ；
[0067](4)氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在60KHz条件下经20min制备为纳米麦饭石粉悬浊液；
[0068](5)加入0.7重量份的氢氧化钠，160°C下真空脱水34min ；
[0069](6)在上述制备的溶液中加入0.6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，即制得高强度、抗菌烧铸尼龙6复合材料。
[0070]所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。
[0071]实施例6
[0072](I)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；
[0073](2)对上述己内酰胺在130°C进行真空脱水25min ；
[0074](3)取20重量份的纳米麦饭石粉，置于25%KH550的甲醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理20min ；
[0075](4)氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在60KHz条件下经20min制备为纳米麦饭石粉悬浊液；
[0076](5)加入0.6重量份的氢氧化钠，140°C下真空脱水32min ；
[0077](6)在上述制备的溶液中加入0.6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155°C的模具中，保温聚合20min后室温下冷却脱模，即制得高强度、抗菌烧铸尼龙6复合材料。
[0078]所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。
[0079]实施例7
[0080](I)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；
[0081](2)对上述己内酰胺在135°C进行真空脱水25min ；
[0082](3)取25重量份的纳米麦饭石粉，置于25%KH550的乙醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理25min ；
[0083](4)氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在70KHz条件下经ISmin制备为纳米麦饭石粉悬浊液；
[0084](5)加入0.6重量份的甲醇钠，145°C下真空脱水32min ；
[0085](6)在上述制备的溶液中加入0.8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155°C的模具中，保温聚合25min后室温下冷却脱模，即制得高强度、抗菌烧铸尼龙6复合材料。
[0086]所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。
[0087]实施例8
[0088](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；
[0089](2)对上述己内酰胺在135°C进行真空脱水20min ；
[0090](3)取25重量份的纳米麦饭石粉，置于20%KH550的乙醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理25min ；
[0091](4)氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在70KHz条件下经ISmin制备为纳米麦饭石粉悬浊液；
[0092](5)加入0.5重量份的甲醇钠，145°C下真空脱水30min ；
[0093](6)在上述制备的溶液中加入0.8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，即制得高强度、抗菌烧铸尼龙6复合材料。
[0094]所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。
[0095]实施例9
[0096](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；
[0097](2)对上述己内酰胺在140°C进行真空脱水20min ；
[0098](3)取28重量份的纳米麦饭石粉，置于20%KH550的乙醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理30min ；
[0099](4)氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在75KHz条件下经15min制备为纳米麦饭石粉悬浊液；
[0100](5)加入0.5重量份的甲醇钠，150°c下真空脱水30min ；
[0101](6)在上述制备的溶液中加入0.9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150°C的模具中，保温聚合27min后室温下冷却脱模，即制得高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料。
[0102]所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。
[0103]实施例10
[0104](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；
[0105](2)对上述己内酰胺在140°C进行真空脱水17min ；
[0106](3)取28重量份的纳米麦饭石粉，置于18%KH550的乙醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理30min ；
[0107](4)氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在75KHz条件下经15min制备为纳米麦饭石粉悬浊液；
[0108](5)加入0.4重量份的甲醇钠，150°C下真空脱水27min ；
[0109](6)在上述制备的溶液中加入0.9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145°C的模具中，保温聚合27min后室温下冷却脱模，即制得高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料。
[0110]所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。
[0111]实施例11
[0112](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；
[0113](2)对上述己内酰胺在150°C进行真空脱水17min ；
[0114](3)取30重量份的纳米麦饭石粉，置于18%KH550的乙醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理35min ；
[0115](4)氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在SOKHz条件下经IOmin制备为纳米麦饭石粉悬浊液；
[0116](5)加入0.4重量份的甲醇钠，160°C下真空脱水27min ；
[0117](6)在上述制备的溶液中加入1.2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135°C的模具中，保温聚合30min后室温下冷却脱模，即制得高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料。
[0118]所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。[0119]实施例12
[0120](I)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；
[0121](2)对上述己内酰胺在155°C进行真空脱水15min ；
[0122](3)取35重量份的纳米麦饭石粉，置于15%KH550的乙醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理35min ；
[0123](4)氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在SOKHz条件下经IOmin制备为纳米麦饭石粉悬浊液；
[0124](5)加入0.3重量份甲醇钠，160°C下真空脱水25min ；
[0125](6)在上述制备的溶液中加入1.5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130°C的模具中，保温聚合30min后室温下冷却脱模，即制得高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料。
[0126]所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。
[0127]对比例I
[0128](I)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； [0129](2)对上述己内酰胺在130°C进行真空脱水30min ；
[0130](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 ；
[0131](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。
[0132]所制得的浇铸尼龙6材料性能见表1。
[0133]表1
【权利要求】
1.一种浇铸尼龙6纳米复合材料，其特征在于:由包括以下重量份的组分制成: 己内酰胺 100份， 纳米麦饭石 5~35份， 催化剂0.3^1.5份， 引发剂0.2~1.5份。
2.根据权利要求1所述的浇铸尼龙6纳米复合材料，其特征在于:所述的己内酰胺为工业级己内酰胺。
3.根据权利要求1所述的浇铸尼龙6纳米复合材料，其特征在于:所述的纳米麦饭石粉为白色或灰白色粉末，粒径50nnT90nm,比表面积为25m2/g~75m2/g。
4.根据权利要求1所述的浇铸尼龙6纳米复合材料，其特征在于:所述的催化剂为氢氧化钠或甲醇钠。
5.根据权利要求1所述的浇铸尼龙6纳米复合材料，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。
6.—种权利要求1-5中任一所述的浇铸尼龙6纳米复合材料的制备方法，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)对上述己内酰胺进行真空脱水；(3)取5~35重量份的纳米麦饭石粉，置于硅烷偶联剂溶液中进行表面处理15~35min； (4)氮气氛围保护下在己内酰胺中加入上述步骤(3)中表面处理后的纳米麦饭石粉，超声分散制备纳米麦饭石粉悬浊液； (5)加入0.3^1.5重量份的碱性催化剂，真空脱水； (6)在上述制备的溶液中加入0.2^1.5重量份的引发剂，混合均匀后迅速注入预热到14(T17(TC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KH550的甲醇或乙醇溶液，质量浓度15%~35%。
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)中的真空脱水为120~155°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)中纳米麦饭石粉悬浊液经频率5(T80KHz、l(T30min超声分散制得。
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)中真空脱水为在13(Tl60°C下真空脱水25~40min。
【文档编号】C08G69/16GK103965465SQ201310032708
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年1月29日 优先权日:2013年1月29日
【发明者】杨桂生, 李枭 申请人:合肥杰事杰新材料股份有限公司