專利名稱：一種尼龍6/氧化石墨納米復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用水解開環(huán)聚合制備氧化石墨/尼龍6導(dǎo)電阻燃納米復(fù)合材料 的制備新方法，尤其涉及一種適用于二次加工成型的具有環(huán)保要求的無鹵阻燃導(dǎo)電的尼龍 6納米復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
石墨具有類似硅酸鹽的層狀結(jié)構(gòu)，由于層間距較小，難以提供有機(jī)單體的反應(yīng)空 間。石墨經(jīng)Hummers法氧化后得到的氧化石墨中含有C-0H、 -COOH，環(huán)氧基等基團(tuán)，從而表 現(xiàn)出較強(qiáng)的極性，很容易吸收極性分子和極性高聚物而形成氧化石墨插層型納米復(fù)合材料 和剝離型納米復(fù)合材料。與常規(guī)復(fù)合材料相比，納米復(fù)合材料的某些性能由于納米尺寸效 應(yīng)而有大幅度的提高并賦予一些新的性能。 文獻(xiàn)報(bào)道的聚合物/氧化石墨納米復(fù)合材料，其中的氧化石墨能顯著降低聚合物 的熱釋放率，促進(jìn)碳層的形成，因而所制得的材料表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性能和阻燃性能。同 時(shí)，在復(fù)合材料中分散的氧化石墨片層粒子具有巨大的徑厚比，較球狀粒子易形成導(dǎo)電網(wǎng) 絡(luò)，因此該復(fù)合材料具有低逾滲閾值和高導(dǎo)電性。 隨著尼龍6工程塑料在電子電氣、汽車電器、機(jī)床電器、家用電器、電動工具等應(yīng) 用領(lǐng)域的開拓，各行業(yè)部門對其應(yīng)用的高性能化和功能化提出了要求。導(dǎo)電尼龍，綠色阻燃 尼龍?jiān)絹碓绞艿绞袌龅闹匾暋?現(xiàn)有技術(shù)還沒有利用氧化石墨的原位插層聚合技術(shù)制備尼龍6導(dǎo)電阻燃納米復(fù) 合材料的方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高效無鹵阻燃性能、導(dǎo)電性能及優(yōu)良的綜合力學(xué) 性能的尼龍6/氧化石墨納米復(fù)合材料的制備方法。 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種尼龍6/氧化石墨納米復(fù)合材 料的制備方法，其特征在于，該復(fù)合材料由氧化石墨與己內(nèi)酰胺單體經(jīng)水解開環(huán)聚合制得， 其制備方法按下面步驟進(jìn)行 (1)將0. 5 10質(zhì)量份數(shù)氧化石墨分散在10 50倍的水溶液中，緩慢加熱，在 50 85t:下邊攪拌邊超聲分散0. 5 1小時(shí)，得到的氧化石墨膠體懸浮液；
(2)將100質(zhì)量份數(shù)己內(nèi)酰胺，加入到上述(1)氧化石墨懸浮液中，超聲分散、攪 拌0. 5 2小時(shí)，混合均勻，在80 IO(TC下用減壓蒸餾除去大部分水，加入反應(yīng)釜升溫至 250 26(TC保持壓力在0. 8 1. 2MPa，反應(yīng)3 4小時(shí)，然后常壓反應(yīng)1小時(shí)，保持真空1 小時(shí)，出料得到復(fù)合材料產(chǎn)品。 所述的氧化石墨可以為Hummers法所制備，或者從市售得到。
所述的氧化石墨的含量為己內(nèi)酰胺質(zhì)量的0. 5 10%。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用水分散氧化石墨，然后己內(nèi)酰胺原位插層聚合，氧化石墨納米片層分散均勻，對環(huán)境無污染，保持了材料整體優(yōu)良的力學(xué)性能的同時(shí)，阻燃效果顯 著，導(dǎo)電性能良好，而且所得材料具有良好的二次加工性。 本發(fā)明一方面利用氧化石墨本身的碳層和聚合物燃燒過程中形成的碳層的雙重 阻隔作用，達(dá)到良好的阻燃效果，同時(shí)保持了材料優(yōu)良的力學(xué)性能，另一方面發(fā)揮了石墨的 優(yōu)良導(dǎo)電性能，使尼龍6基體形成了從絕緣體到半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變，從而獲得具有工業(yè)應(yīng)用價(jià) 值的導(dǎo)電阻燃尼龍材料。 本發(fā)明制備的尼龍6/氧化石墨納米復(fù)合材料的力學(xué)性能、阻燃性能及導(dǎo)電性能
的測試標(biāo)準(zhǔn)見附表l。 附表l
性能指標(biāo)測試標(biāo)準(zhǔn)
密度(g/cm3)ASTM D 792
熔指(g/10min)ASTM D 1238
拉伸強(qiáng)度(MPa)ASTMD638
彎曲強(qiáng)度(MPa)ASTM D790
缺口沖擊強(qiáng)度(KJ/m2)ASTM D256
熱變形溫度rc)ASTM D648
極限氧指數(shù)(％)IS04589-1984
阻燃性能UL94 (ANSI/ASTMD635-77)
體積電導(dǎo)率(S/cm)標(biāo)準(zhǔn)四電極法
(r.t.)(試樣7x3x0.5mm3)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1 將250g蒸餾水中加入5g氧化石墨，8(TC水浴，攪拌，超聲l小時(shí)，分散均勻。然后 加入1000g己內(nèi)酰胺，超聲2小時(shí)。在9(TC下用減壓蒸餾除去大部分水，加入反應(yīng)釜升溫至 25(TC保持壓力在1. 2MPa，反應(yīng)4小時(shí)，然后常壓反應(yīng)1小時(shí)，保持真空1小時(shí)，出料。所制 的尼龍6/氧化石墨納米復(fù)合材料的性能見附表2。
實(shí)施例2 基本同實(shí)施例l，僅改變氧化石墨含量為20g，蒸餾水為1000g。所制的尼龍6/氧 化石墨納米復(fù)合材料的性能見附表2。
4
實(shí)施例3 基本同實(shí)施例l，僅改變氧化石墨含量為50g，蒸餾水為2500g。所制的尼龍6/氧 化石墨納米復(fù)合材料的性能見附表2。
實(shí)施例4 基本同實(shí)施例l，僅改變氧化石墨含量為lOOg，蒸餾水為5000g。所制的尼龍6/氧 化石墨納米復(fù)合材料的性能見附表2。 為了考察本發(fā)明制備的尼龍6/氧化石墨納米復(fù)合材料的力學(xué)性能、阻燃性能及
導(dǎo)電性能的效果，將上述實(shí)施例所制得的復(fù)合材料進(jìn)行力學(xué)性能、阻燃性能和導(dǎo)電性能測
試。詳見附表2。 附表2
項(xiàng)目對照組實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)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
拉伸強(qiáng)度(MPa)6780928876
斷裂伸長率(％)5485909295
彎曲強(qiáng)度(MPa)9495979899
彎曲模量(MPa)23562280223424302257
缺口沖擊強(qiáng)度 (KJ/m2)5.87.88.79.38.2
熱變形溫度rc) 1.82MPa70101118125136
極限氧指數(shù)(％)2445475156
UL-94(阻燃)V-2V-lV-lV-0V-0
體積電導(dǎo)率 (S/cm) (r.t.)l.lxl(T42.8xi(r41.2xl(T2
權(quán)利要求
一種尼龍6/氧化石墨納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該復(fù)合材料由氧化石墨與己內(nèi)酰胺單體經(jīng)水解開環(huán)聚合制得，其制備方法按下面步驟進(jìn)行(1)將0.5～10質(zhì)量份數(shù)氧化石墨分散在10～50倍的水溶液中，緩慢加熱，在50～85℃下邊攪拌邊超聲分散0.5～1小時(shí)，得到的氧化石墨膠體懸浮液；(2)將100質(zhì)量份數(shù)己內(nèi)酰胺，加入到上述(1)氧化石墨懸浮液中，超聲分散、攪拌0.5～2小時(shí)，混合均勻，在80～100℃下用減壓蒸餾除去大部分水，加入反應(yīng)釜升溫至250～260℃保持壓力在0.8～1.2MPa，反應(yīng)3～4小時(shí)，然后常壓反應(yīng)1小時(shí)，保持真空1小時(shí)，出料得到復(fù)合材料產(chǎn)品。
2 根據(jù)權(quán)利要求1所述的尼龍6/氧化石墨納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所 述的氧化石墨可以為Hummers法所制備，或者從市售得到。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的尼龍6/氧化石墨納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所 述的氧化石墨的含量為己內(nèi)酰胺質(zhì)量的0. 5 10%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種尼龍6/氧化石墨納米復(fù)合材料的制備方法，該方法采用己內(nèi)酰胺原位水解開環(huán)聚合制備得尼龍6/氧化石墨納米復(fù)合材料，使己內(nèi)酰胺單體易于原位插層聚合，解離氧化石墨片層，提高了氧化石墨片層在聚合物基體中的分散均勻性，所得復(fù)合材料具有較好的導(dǎo)電性能和高效的阻燃效果。尼龍6基體達(dá)到了由絕緣體到半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變，阻燃等級可以達(dá)到UL94標(biāo)準(zhǔn)的V-0級，同時(shí)保持了材料本身整體上良好的力學(xué)性能。本發(fā)明方法工藝簡單有效，獲得的復(fù)合材料導(dǎo)電性及阻燃性明顯提高，而且材料具有良好的二次加工性，添加劑氧化石墨對環(huán)境無污染，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。
文檔編號C08K9/00GK101760011SQ20081020796
公開日2010年6月30日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者劉燕, 楊桂生 申請人:上海杰事杰新材料股份有限公司