專利名稱：一種抗靜電尼龍6復合材料的制備方法
技術領域：
本發明屬于材料技術領域，特別涉及一種強度較好的抗靜電尼龍6復合材料的制備方法。
背景技術：
尼龍具有優良的力學性能和熱性能，優異的耐磨性能和自潤滑性能，優良的耐溶劑性和耐油性，目前已在機械制造、電氣工業、汽車工業、航空工業等領域得到了廣泛的應用，其消費量居世界五大工程塑料之首，其中尼龍6是尼龍塑料中應用較廣的品種之一。但尼龍屬于絕緣體，體積電阻率達1014-1015Ω · cm，抗靜電性能較差，在應用過程中容易積累電荷產生靜電，嚴重時會造成重大事故和損失，這極大的限制了尼龍在某些領域尤其是煤炭工業中的應用，通常采用加入導電填料的方式改善尼龍材料的抗靜電性能。碳系填料填充是目前生產導電塑料的主要改性方法，其中炭黑由于價格低廉、性能穩定而成為用途最廣、用量最大的一種碳系填料。炭黑填料通過控制添加量可以達到不同的導電要求，塑料制品的電阻率可在10-108Ω · cm范圍內調整，可以消除或防止塑料使用過程中產生的靜電。另外炭黑填料的導電性能持久穩定，且易加工，因此是一種理想的抗靜電填料。但是塑料材料中炭黑填料的加入顯著降低了材料的力學性能，是一個急需解決的問題。近十年來納米材料和納米技術的發展日趨成熟，而納米材料可以有效改善材料的力學性能，能否采用納米技術與炭黑共同協同作用改善材料的力學性能成為研究的課題。
發明內容
本發明的目的在于提供一種抗靜電尼龍6復合材料的制備方法，獲得的尼龍6復合材料有較好的力學性能。本發明采用的技術方案如下
一種抗靜電尼龍6復合材料的制備方法，將己內酰胺與水、添加劑加熱熔融的反應體系升溫至180-220°C進行反應，然后加入納米SiO2進行反應，再將反應體系升溫至
230-280°C反應，最后減壓聚合；其中在加入納米SiO2之前或者減壓聚合之前加入導電炭
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O投料時按照質量份數計己內酰胺80-100份，水1-5份,添加劑O. 2-5份，納米 SiO2加入的質量為己內酰胺質量的O. 1-5%。導電炭黑加入的質量為己內酰胺質量的O. 1_5%。所述的添加劑為氨基己酸、己二酸、氨基乙酸、異辛酸中的一種或幾種的混合物。所述的納米SiO2為可反應性納米SiO2，顆粒尺寸為5-100nm。所述的納米SiO2為經過碳鏈化合物表面改性的SiO2,碳鏈化合物上帶有活性官能團。所述活性官能團為氨基、羧基、環氧基或雙鍵。進一步，將己內酰胺與水、添加劑混合均勻后加熱熔融，攪拌下將反應體系升溫至180-220°C反應l_5h ;然后加入納米SiO2攪拌均勻，之后升溫至230-280°C反應l_5h ;然后在260-300°C進行減壓聚合，反應結束后干燥、切粒即得所述尼龍6復合材料；其中在加入納米SiO2或者進行減壓聚合之前加入導電炭黑，加入后混合均勻，反應O. 5-lh。加入納米SiO2后反應時間控制在O. 5h左右為宜。總反應時間控制為5_9h。減壓聚合時調節壓力由-O. OlMPa降至-O. 06MPa，控制餾出份溫度不超過110°C， 除去反應體系中的水分后，再調節壓力至-O. 09MPa，減壓反應時間控制為O. 5-2h。本發明采用原位聚合方法制備尼龍6納米復合材料，在己內酰胺原位聚合過程中引入導電炭黑和納米SiO2，可均勻的分散于尼龍6基體中，納米SiOdP炭黑具有良好的協同作用，有效改善填料的分散性和填料與尼龍6基體的相容性，不僅保持了材料良好的抗靜電性能，又有效改善了尼龍6的沖擊韌性，且基本保持了尼龍6的拉伸強度。在尼龍6原位聚合過程中，納米SiO2表面的可反應性有機官能團參與到尼龍6的聚合反應中，改變了納米材料與聚合物的結合方式，形成具有不同新結構的雜化材料。所選用的導電炭黑和納米 SiO2均可從市場購得，如納米SiO2可從河南省納米材料工程技術研究中心(河南大學)或河南王屋納米科技有限責任公司購得。本發明相對于現有技術，有以下優點
本發明填料添加量小，工藝簡單有效，易于控制，適合規模化工業生產，制得的尼龍6 復合材料具有優良的抗靜電性能，并且保持了尼龍6良好的力學性能。
具體實施例方式以下以具體實施例來說明本發明的技術方案，但本發明的保護范圍不限于此 以下所用納米SiO2可從河南省納米材料工程技術研究中心(河南大學)或河南王屋納
米科技有限責任公司購得。其中，RNS-A型納米SiO2鍵合有帶氨基的有機碳鏈化合物，RNS-E 型納米SiO2鍵合有帶環氧基的有機碳鏈化合物。實施例I
在250ml的三口燒瓶中加入IOOg己內酰胺、1.8ml水、I. Og己二酸，在120°C下加熱熔融，待反應物完全熔融后開啟攪拌，然后升溫至210°C反應3h ;加入O. 5g RNS-A型納米 SiO2，待攪拌均勻后調節反應體系溫度至265°C，繼續反應I. 5h后，加入O. 5g導電炭黑，攪拌均勻并繼續反應O. 5h，得到尼龍6復合材料預聚物；將預聚物在265°C下減壓聚合，控制餾出份溫度不超過110°C，緩慢調節壓力由-O. OlMPa至-O. 06MPa,除去反應體系中的水分， 再緩慢調節壓力至-O. 09MPa，反應lh，除去反應體系中的小分子物質，減壓過程持續I. 5h 即得尼龍6/炭黑/納米SiO2復合材料。將復合材料干燥后切粒，注塑樣條。實施例2
在500ml的三口燒瓶中加入200g己內酰胺、4. Oml水、2. Og己二酸，在120°C下加熱熔融，待反應物完全熔融后開啟攪拌，然后升溫至200°C反應3h ;加入2. Og導電炭黑，攪拌均勻并繼續反應O. 5h，再加入I. Og RNS-A型納米SiO2，攪拌均勻繼續反應O. 5h，然后調節反應體系溫度至260°C，繼續反應I. 5h后，得到尼龍6復合材料預聚物；將預聚物在270°C下減壓聚合，控制餾出份溫度不超過110°C，緩慢調節壓力由-O. OlMPa至-O. 06MPa,除去反應體系中的水分，再緩慢調節壓力至-O. 09MPa,反應lh，除去反應體系中的小分子物質，減壓過程持續I. 5h即得尼龍6/炭黑/納米SiO2復合材料。將復合材料干燥后切粒，注塑樣條。實施例3
在250ml的三口燒瓶中加入IOOg己內酰胺、2. 2ml水、O. 3g異辛酸和O. 7g己二酸，在 120°C下加熱熔融，待反應物完全熔融后開啟攪拌，然后升溫至210°C反應3h ;加入I. Og導電炭黑，攪拌均勻并繼續反應O. 5h，再加入I. Og RNS-E型納米SiO2，待攪拌均勻后調節反應體系溫度至260°C，繼續反應I. 5h后，得到尼龍6復合材料預聚物；將預聚物在275°C下減壓聚合，控制餾出份溫度不超過110°C，緩慢調節壓力由-O. OlMPa至-O. 06MPa,除去反應體系中的水分，再緩慢調節壓力至-O. 09MPa，反應lh，除去反應體系中的小分子物質，減壓過程持續I. 5h即得尼龍6/炭黑/納米SiO2復合材料。將復合材料干燥后切粒，注塑樣條。實施例4
在500ml的三口燒瓶中加入200g己內酰胺、4. 5ml水、2. 5g 6-氨基己酸，在120°C下加熱溶融，待反應物完全溶融后開啟攬祥，然后升溫至200 C反應3h ;加入2. Og導電炭黑， 攪拌均勻并繼續反應O. 5h，再加入I. Og RNS-A型納米SiO2,待攪拌均勻后調節反應體系溫度至260°C，繼續反應I. 5h后，得到尼龍6復合材料預聚物；將預聚物在270°C下減壓聚合， 控制餾出份溫度不超過110°C，緩慢調節壓力由-O. OlMPa至-O. 06MPa,除去反應體系中的水分，再緩慢調節壓力至-O. 09MPa，反應lh，除去反應體系中的小分子物質，減壓過程持續
I.5h即得尼龍6/炭黑/納米SiO2復合材料。將復合材料干燥后切粒，注塑樣條。對比例I
在250ml的三口燒瓶中加入IOOg己內酰胺、I. 8ml水、I. Og己二酸，在120°C下加熱熔融，待反應物完全熔融后開啟攪拌，然后升溫至210°C反應3h;之后再調節反應體系溫度至 265°C，繼續反應2 h后，得到尼龍6復合材料預聚物；將預聚物在265°C下減壓聚合，控制餾出份溫度不超過110°C，緩慢調節壓力由-O. OlMPa至-O. 06MPa,除去反應體系中的水分，再緩慢調節壓力至-O. 09MPa，反應lh，除去反應體系中的小分子物質，減壓過程持續I. 5h即得尼龍6材料。將尼龍6材料干燥后切粒，注塑樣條。對比例2
在250ml的三口燒瓶中加入IOOg己內酰胺、I. 8ml水、I. Og己二酸，在120°C下加熱熔融，待反應物完全熔融后開啟攪拌，然后升溫至210°C反應3h;然后再調節反應體系溫度至 265°C，繼續反應I. 5h后，加入O. 5g導電炭黑，攪拌均勻并繼續反應O. 5h，得到尼龍6復合材料預聚物；將預聚物在265°C下減壓聚合，控制餾出份溫度不超過110°C，緩慢調節壓力由-O. OlMPa至-O. 06MPa，除去反應體系中的水分，再緩慢調節壓力至-O. 09MPa，反應lh，除去反應體系中的小分子物質，減壓過程持續I. 5h即得尼龍6/炭黑復合材料。將復合材料干燥后切粒，注塑樣條。將實施例I、實施例2、以及對比例1、2所得樣條進行力學性能測試，結果如下表
對比例I對比例2實施例I實施例2拉伸強度(MPa)53. 04946.50351. 19050. 523缺口沖擊強度(kj/m2)8. 5917. 16411. 97010. 260
拉伸強度測試方法按照GB/T1040-92進行，缺口沖擊強度測試方法按照GB/T1043-93 進行。 上述實施例為本發明優選的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明所作的改變均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保
5護范圍之內。
權利要求
1.一種抗靜電尼龍6復合材料的制備方法，其特征在于，將己內酰胺與水、添加劑加熱熔融的反應體系升溫至180-220°C進行反應，然后加入納米SiO2進行反應，再將反應體系升溫至23(T280°C反應，最后減壓聚合；其中在加入納米SiO2之前或者減壓聚合之前加入導電炭黑。
2.如權利要求I所述的抗靜電尼龍6復合材料的制備方法，其特征在于，導電炭黑加入的質量為己內酰胺質量的O. 1-5%。
3.如權利要求2所述的抗靜電尼龍6復合材料的制備方法，其特征在于，投料時按照質量份數計己內酰胺80-100份，水1-5份，添加劑O. 2-5份，納米SiO2加入的質量為己內酰胺質量的O. 1-5%。
4.如權利要求3所述的抗靜電尼龍6復合材料的制備方法，其特征在于，所述的添加劑為氨基己酸、己二酸、氨基乙酸、異辛酸中的一種或幾種的混合物。
5.如權利要求3所述的抗靜電尼龍6復合材料的制備方法，其特征在于，所述的納米 SiO2為可反應性納米SiO2，顆粒尺寸為5-100nm。
6.如權利要求5所述的抗靜電尼龍6復合材料的制備方法，其特征在于，所述的納米 SiO2為經過碳鏈化合物表面改性的SiO2，碳鏈化合物上帶有活性官能團。
7.如權利要求6所述的抗靜電尼龍6復合材料的制備方法，其特征在于，所述活性官能團為氨基、羧基、環氧基或雙鍵。
8.如權利要求1-7之一所述的抗靜電尼龍6復合材料的制備方法，其特征在于，將己內酰胺與水、添加劑混合均勻后加熱熔融，攪拌下將反應體系升溫至180-220°C反應l_5h ;然后加入納米3丨02攪拌均勻，之后升溫至230-280°C反應l_5h ;然后在260-300°C進行減壓聚合，反應結束后干燥、切粒即得所述尼龍6復合材料；其中在加入納米SiO2或者進行減壓聚合之前加入導電炭黑后，混合均勻，反應O. 5-lh。
9.如權利要求8所述的抗靜電尼龍6復合材料的制備方法，其特征在于，總反應時間為 5-9h。
10.如權利要求9所述的抗靜電尼龍6復合材料的制備方法，其特征在于，減壓聚合時調節壓力由-O. OlMPa降至-O. 06MPa，控制餾出份溫度不超過110°C，除去反應體系中的水分后，再調節壓力至-O. 09MPa，減壓反應時間控制為O. 5-2h。
全文摘要
本發明屬于材料技術領域，特別涉及一種強度較好的抗靜電尼龍6復合材料的制備方法。將己內酰胺與水、添加劑加熱熔融的反應體系升溫至180-220℃進行反應，然后加入納米SiO2進行反應，再將反應體系升溫至230~280℃反應，最后減壓聚合；其中在加入納米SiO2之前或者減壓聚合之前加入導電炭黑。本發明填料添加量小，工藝簡單有效，易于控制，適合規模化工業生產，制得的尼龍6復合材料具有優良的抗靜電性能，并且保持了純尼龍6良好的力學性能。
文檔編號C08K3/04GK102604078SQ20121006627
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月14日 優先權日2012年3月14日
發明者何健, 張治軍, 徐啟杰, 李小紅 申請人:河南大學