[发明专利]一种聚酰胺粘土纳米复合材料的制法

说明书

本发明涉及一种聚酰胺(尼龙)复合材料，特别涉及到聚酰胺与无机材料组成的复合材料。

尼龙是一种广泛应用的工程塑料，具有优良的物理、机械性能，但由于酰胺基团的存在，尼龙的吸水率高，热变形温度低，模量低，限制了其应用。通常采用填充改性的方法来改善其尺寸稳定性和提高刚度，但导致材料强度特别是冲击韧性下降。制备纳米复合材料是填充改性的新途径。由于纳米尺度效应和强的界面相互作用，使纳米复合材料具有优异的力学性能、耐热性和良好的加工性能。

中国专利CN1138593A公开了一种插层聚合制备聚酰胺/粘土纳米复合材料方法。被称作“一步法”的上述专利制备过程为，将粘土的插层膨胀化处理与处理后粘土与聚酰胺单体的聚合在反应器内一次完成，使层状硅酸盐粘土通过库仑力和共价键与聚酰胺基体结合并以纳米尺度均匀分散，从而获得具优异性能的聚酰胺/粘土纳米复合材料。上述专利的缺点是，插层聚合过程需大量水分散介质将单体与插层土均匀分散，在聚合之前又需将水减压蒸馏除去，以保证反应顺利进行，因此能耗大，并需对生产设备作相应改进。所以插层聚合主要适用于固定配方的大批量生产，不适于多品种，小批量生产。

为了适应市场需要多品种，小批量生产的实际要求，本发明提供了一种熔体插层制备具有高性能的聚酰胺/粘土纳米复合材料及其制备方法。

熔体插层是直接将高分子链插入到准二维硅酸盐粘土片层之间并使其解离，得到高分子聚合物/粘土纳米复合材料。将无机物的刚性、耐热性与聚合物的韧性、可加工性在纳米尺度上相结合，制备的复合材料性能大幅度超过传统共混改性的材料，且与插层聚合的复合材料的性能相当。

本发明的聚酰胺/粘土纳米复合材料原料包括如下组分和含量(重量份)：

聚酰胺                   100

插层土                1-50

添加剂                0.05-5

本发明所用的聚酰胺是尼龙6、尼龙66、尼龙12、尼龙610等。本发明可用工业级的上述聚酰胺作为原料。

本发明使用的插层土是一种经插层膨胀化处理的粘土。插层土包括如下组分和含量(重量份)：

粘土                    1-50

插层剂                  0.4-20

质子化剂                0.01-1.0

本发明所提供的粘土是一类矿物主要成份为含85-93％蒙脱土(Mont)的层状硅酸盐。其单位晶胞由两层硅氧四面体中间夹带一层铝氧八面体组成，两者之间靠共用氧原子连接，单位晶胞表面积为2×5.15×8.9A²，晶胞重700-800g/mol。蒙脱土粘土层内表面带有负电荷，每个负电荷占据面积25-200A²，比表面积700-800m²/g。层间阳离子Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等是可交换性阳离子，用有机铵盐交换后，可使高分子链插入到层间。粘土矿物质具有阳离子交换总容量(CEC)50-200meq/100g。

粘土粒径一般为40-70μm，片层厚度为9.6，层间距离为2-5，插层土的层间距离增加到15-20。经熔体插层后粘土片层间距增加到30-50，粘土片层间距愈大，复合材料的性能愈好。

粘土含量在本发明中为1-50(重量份)，当含量低于1份，粘土不足以产生足够的增强作用和耐热性，当含量超过50份，材料难以挤出造粒。在本发明中，粘土最佳含量为3-20份。

本发明采用的插层剂为长链烷基季铵盐、己二酸己二胺盐、6-氨基己酸、十二氨基酸等。

本发明的质子化剂可以是硫酸、磷酸、盐酸、磺酸、醋酸等质子酸。

本发明采用的添加剂为润滑剂、抗氧剂、增韧剂、成核剂等，其作用是改善无机填料与有机高分子基体之间的相容性，控制树脂的结晶形态以改善复合材料的韧性、刚度和进一步降低球晶尺寸，提高复合材料的透明度，提高加工效率。润滑剂可以是液体石蜡、聚乙烯蜡等。抗氧剂可为抗氧剂264、抗氧剂CA、抗氧剂1010等。添加剂可单独或配合使用。

本发明聚酰胺/粘土纳米复合材料制备方法是按下述步骤进行：

(1)将阳离子交换总容量为50-200meq/100g的粘土1-50份在20-800份的水分散介质的存在下高速搅拌，形成稳定悬浮体系。