[发明专利]一种纳米铜—聚酰胺复合材料的制备方法

说明书

技术领域

 本发明属于聚合物基纳米复合材料制备技术领域，具体涉及一种纳米铜—聚酰胺复合材料的制备方法。

背景技术

纳米材料与常规材料相比具有许多优异的性能，作为填料制备聚合物基纳米复合材料，可显著改善聚合物材料的力学、摩擦学、热、电等方面的综合性能，同时具有添加量少、效果显著的优点。制备聚合物基纳米复合材料通常采用熔融共混的方法，但是，这种方法仅通过变换剪切速度很难达到纳米材料在聚合物基体材料中均匀分散的目的，不利于纳米材料纳米特性的体现。尤其是在金属纳米复合材料的制备过程中，金属纳米材料易于氧化，很难体现金属纳米材料的特性，也难以达到金属纳米微粒均匀分散的效果。为解决金属纳米微粒氧化和团聚的问题，Chen等用化学还原法制备二氧化硅—聚甲基丙烯酸甲酯包覆纳米银粒子的核壳微球，而后通过乳液聚合法制备甲基丙烯酸甲酯基纳米银复合材料 (Ag nanoparticles-coated silica–PMMA core-shell microspheres and hollow PMMA microspheres with Ag nanoparticles in the interior surfaces，Colloids and Surfaces A: Physi cochem. Eng. Aspects， 2006，272: 151-156 ) 。Vasilyeva等通过原位生成法制备了聚吡咯基纳米钯复合材料(Synthesis and characterization of palladium nanoparticle/polypyrrole composites，J. Phys. Chem. C，2008， 112: 19878-19885)。 Zhu等利用微波辅助技术一步合成了聚酰胺基纳米银、铂、铜纳米复合材料（Microwave-assisted one-step synthesis of polyacrylamide-metal (M=Ag, Pt, Cu)， J. Phys. Chem. B， 2006， 110: 8593-8597）。中国专利200810037326.6公布的一种纳米铜颗粒的制备方法中，利用苯环为核的树枝状化合物中存在的多个氨基的强配位作用来制备纳米铜，具有较好的效果。但是以上这些方法可以解决金属纳米微粒团聚问题，但总是存在工艺复杂、纳米铜易氧化、不利于产业化应用等弊端。

发明内容

本发明目的在于提供工序简便、易于产业化应用的一种纳米铜—聚酰胺复合材料的制备方法。

本发明采用如下技术方案。

一种纳米铜—聚酰胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将聚酰胺单体、蒸馏水、铜化合物和催化剂加入反应容器中；

上述聚酰胺单体为己内酰胺，或二元胺与二元酸形成的盐，或6-氨基己酸；

上述铜化合物为氧化铜、氢氧化铜；

上述催化剂为无机酸或有机酸任一种；

（2）在1~16个大气压条件下，加热反应容器升温至180~220℃，保持恒温恒压1~3.5h；

（3）在1~16个大气压条件下，加热反应容器升温至230~265℃，保持恒温恒压1~2h；

（4）反应结束后，对反应容器抽真空，当真空度达到-0.07~ -0.08MP时，即制得纳米铜—聚酰胺复合材料。

步骤（1）所述二元胺与二元酸形成的盐为己二酸己二胺盐（尼龙66盐）或癸二酸癸二胺盐（尼龙1010盐）。

按质量份数计，步骤（1）中聚酰胺单体为100.0份，蒸馏水为0.1~5.0份，铜化合物为0.1~1.0份，催化剂为0.5~3.0份。

步骤（1）中可加入还原剂。

步骤（1）中所加还原剂为水合肼、乙二醇、甲醛、氨基酸、乙二胺中的一种或几种任意比例的混合物。

步骤（1）中所加还原剂还原剂质量份数为0.1~1.0份。

步骤（2）、步骤（3）中向反应容器中通入氮气，避免被还原的铜再次被氧化。

需要说明的是，步骤（1）中所述聚酰胺单体和蒸馏水可以替换为聚酰胺单体的水溶液或聚酰胺单体的乙醇溶液。

发明的主要设计原理是：在聚酰胺单体聚合形成聚合体过程中，铜化合物在聚酰胺单体的还原气氛下或者外加还原剂作用下被还原成单质铜的纳米金属微粒，均匀分散于聚酰胺基体材料中，从而一步制成纳米铜—聚酰胺复合材料。反应体系中蒸馏水的作用是使内酰胺开环并形成活性基团，以利于聚合反应的进行；催化剂的作用是有利于生成聚酰胺和控制分子量。