一种改性有机蒙脱土/尼龙6复合材料的制备方法.pdf

本发明公开了一种改性有机蒙脱土/尼龙6复合材料的制备方法。其利用含羧基的有机蒙脱土与含氨基的笼型倍半硅氧烷反应，以提高改性有机蒙脱土与尼龙6的相互作用，从而与尼龙6复合制备高性能复合材料。制备过程是首先将含羧基的有机改性蒙脱土与二氯亚砜反应以活化羧基，再将其与氨丙基笼型倍半硅氧烷（POSS）反应生成POSS改性的有机蒙脱土，再将其与尼龙6熔融挤出制备蒙脱土/尼龙6复合材料。本发明的制备方法中所得复合材料性能优异，原料易得，且改性方法简单，适宜大规模生产。

1.一种改性有机蒙脱土/尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a）有机蒙脱土的再次改性：将二氯亚砜加入到十八羧基溴化铵改性的有机蒙脱土中，搅拌升温于60~90℃下回流20~30小时，然后过滤洗涤，得到含有亚硫酰氯基团的有机改性蒙脱土；b）将含有亚硫酰氯基团的有机改性蒙脱土加入四氢呋喃溶液中，其含量为2mg/ml-20mg/ml，然后加入氨丙基POSS，其质量为蒙脱土质量的1-3倍，搅拌升温于60~90℃下回流20~30小时，然后过滤洗涤，得到POSS改性的有机蒙脱土；c）将尼龙6、尼龙6质量的1-15%的POSS改性有机蒙脱土放入混合机中混合均匀，后经挤出造粒，得到复合材料粒料。 2.根据权利要求1所述的改性有机蒙脱土/尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于，步骤a）中，有机蒙脱土在二氯亚砜中的含量为2mg/ml-20mg/ml。 3.根据权利要求1所述的改性有机蒙脱土/尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于，步骤b）中，含有亚硫酰氯基团的有机改性蒙脱土在四氢呋喃溶液中的含量为2mg/ml-20mg/ml。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种改性有机蒙脱土/尼龙6复合材料的制备方法。

背景技术

尼龙6是一种用途很广的工程塑料，具有优异的综合性能，但也存在如弹性模数小，容易变形，耐热性、耐光性、耐磨性和吸湿性差等缺点。用无机材料特别是无机纳米材料来改性尼龙6是一种很好的解决方案，由于纳米无机粒子比表面积大，很容易团聚，再加上尼龙6的粘度大，因此在制备无机粒子小且分散均匀的尼龙6/无机纳米复合材料方面还有待进一步提高。目前，采用插层聚合法制备尼龙6/蒙脱土复合材料在国外己经取得工业化，但该复合材料也存在纳米粒子分散不均匀、纳米粒子与尼龙6基体相互作用力不强以及工艺复杂等问题。

因此选择合适的有机改性剂和工艺使蒙脱土不仅在尼龙6中分散剥离，而且与基体有很强的相互作用是一个很有价值的目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种具有较高力学、热学及耐磨性较好的改性有机蒙脱土/尼龙6复合材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供一种改性有机蒙脱土/尼龙6复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

a）有机蒙脱土的再次改性：将二氯亚砜加入到十八羧基溴化铵改性的有机蒙脱土中，搅拌升温于60~90℃下回流20~30小时，然后过滤洗涤，得到含有亚硫酰氯基团的有机改性蒙脱土；

b）将含有亚硫酰氯基团的有机改性蒙脱土加入四氢呋喃溶液中，其含量为2mg/ml-20mg/ml，然后加入氨丙基POSS，其质量为蒙脱土质量的1-3倍，搅拌升温于60~90℃下回流20~30小时，然后过滤洗涤，得到POSS改性的有机蒙脱土；

c）将尼龙6、尼龙6质量的1-15%的POSS改性有机蒙脱土放入混合机中混合均匀，后经挤出造粒，得到复合材料粒料。

进一步地，步骤a）中，有机蒙脱土在二氯亚砜中的含量为2mg/ml-20mg/ml。

进一步地，步骤b）中，含有亚硫酰氯基团的有机改性蒙脱土在四氢呋喃溶液中的含量为2mg/ml-20mg/ml。

本发明所达到的有益效果是：

本发明提供了一种针对有机改性蒙脱土的进一步改性方法，在有机改性蒙脱土中既引入酰胺键以增大与尼龙6的相互作用，又引入笼型硅氧烷结构增加复合材料的力学及热学性能。本发明利用市售的有机蒙脱土为原料，将其进一步改性以增大其与尼龙6的相互作用和分散，从而制备高性能复合材料，所得改性蒙脱土是一种比有机蒙脱土更适合的无机填料，与聚合物基体的亲和力更强；POSS改性剂与原有有机蒙脱土为化学键和，因此在熔融加工过程中不会脱落，性能稳定。本发明实现了对有机蒙脱土的再次改性，极大地改进了有机蒙脱土与聚合物材料的相互作用，分散性好。本发明的操作相对简捷，成本低。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明所用POSS改性有机蒙脱土反应原理图。

图2是本发明提供的改性有机蒙脱土/尼龙6复合材料制备的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

利用氨丙基POSS对18羧基溴化铵改性的有机蒙脱土进行改性，反应原理如图1所示。首先分别向250ml单口烧瓶中加入300mg的有机蒙脱土、磁子和约150ml二氯亚砜，在60℃条件下搅拌反应回流20小时。可以看到，反应前为浅黄褐色混浊液体，24小时候后为黑色浊液。用布氏漏斗抽滤得到灰黑色粉状即活化的有机蒙脱土。然后将抽滤得到的活化有机蒙脱土加入到250ml单口烧瓶中，再加入300mg氨丙基POSS、磁子和约150ml四氢呋喃，在60℃条件下搅拌反应回流20小时。抽滤得到灰色粉状固体，放入真空干燥箱，在50摄氏度条件下真空干燥24h后，用研钵研磨成粉末，后继续干燥约24h得到最终的POSS改性有机蒙脱土。将POSS改性有机蒙脱土以尼龙6的质量百分比为1%，在230℃下挤出，制备出最终复合材料，整个制备过程如图2所示。

实施例2

利用氨丙基POSS对18羧基溴化铵改性的有机蒙脱土进行改性，反应原理如图1所示。首先分别向250ml单口烧瓶中加入1.5g的有机蒙脱土、磁子和约150ml二氯亚砜，在90℃条件下搅拌反应回流30小时。可以看到，反应前为浅黄褐色混浊液体，24小时候后为黑色浊液。用布氏漏斗抽滤得到灰黑色粉状即活化的有机蒙脱土。然后将抽滤得到的活化有机蒙脱土加入到250ml单口烧瓶中，再加入3g氨丙基POSS、磁子和约150ml四氢呋喃，在90℃条件下搅拌反应回流30小时。抽滤得到灰色粉状固体，放入真空干燥箱，在50℃条件下真空干燥24h后，用研钵研磨成粉末，后继续干燥约24h得到最终的POSS改性有机蒙脱土。将POSS改性有机蒙脱土以尼龙6的质量百分比为5%，在230℃下挤出，制备出最终复合材料，整个制备过程如图2所示。

实施例3

利用氨丙基POSS对18羧基溴化铵改性的有机蒙脱土进行改性，反应原理如图1所示。首先分别向1升单口烧瓶中加入12g的有机蒙脱土、磁子和约600ml二氯亚砜，在75℃条件下搅拌反应回流24小时。可以看到，反应前为浅黄褐色混浊液体，24小时候后为黑色浊液。用布氏漏斗抽滤得到灰黑色粉状即活化的有机蒙脱土。然后将抽滤得到的活化有机蒙脱土加入到1升单口烧瓶中，再加入24g氨丙基POSS、磁子和约600ml四氢呋喃，在75℃条件下搅拌反应回流24小时。抽滤得到灰色粉状固体，放入真空干燥箱，在50摄氏度条件下真空干燥24h后，用研钵研磨成粉末，后继续干燥约24h得到最终的POSS改性有机蒙脱土。将POSS改性有机蒙脱土以尼龙6的质量百分比为10%，在260℃下挤出，制备出最终复合材料，整个制备过程如图2所示。

实施例4

利用氨丙基POSS对18羧基溴化铵改性的有机蒙脱土进行改性，反应原理如图1所示。首先分别向1升单口烧瓶中加入12g的有机蒙脱土、磁子和约600ml二氯亚砜，在60℃条件下搅拌反应回流30小时。可以看到，反应前为浅黄褐色混浊液体，24小时候后为黑色浊液。用布氏漏斗抽滤得到灰黑色粉状即活化的有机蒙脱土。然后将抽滤得到的活化有机蒙脱土加入到1升单口烧瓶中，再加入36g氨丙基POSS、磁子和约600ml四氢呋喃，在90℃条件下搅拌反应回流20小时。抽滤得到灰色粉状固体，放入真空干燥箱，在50摄氏度条件下真空干燥24h后，用研钵研磨成粉末，后继续干燥约24h得到最终的POSS改性有机蒙脱土。将POSS改性有机蒙脱土以尼龙6的质量百分比为15%，在260℃下挤出，制备出最终复合材料，整个制备过程如图2所示。

将上述各实施例所制得的改性有机蒙脱土/尼龙6复合材料与市售现有尼龙6/蒙脱土复合材料（对比例）切片进行对比，各项参数如下表所示：

项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例 相对粘度 4.2 4.3 4.4 4.2 3.4 拉伸强度（MPa） 112 115 120 116 90 断裂伸长率（%） 28 26 24 28 42 缺口冲击强度（J/m） 24.2 25.2 22.3 24.9 32.1 弯曲模量（MPa） 4233 4287 4366 4302 3240 热变形温度（℃） 160 157 170 166 120

由上表可知，本发明制得的改性有机蒙脱土/尼龙6复合材料的综合性能有了很明显的提升。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。