一种高强导热尼龙6及其制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属尼龙6制备技术领域，涉及一种高强导热尼龙6及其制备方法，特别是涉及一种在水中用水性钛酸酯表面修饰石墨烯并在磁场中对石墨烯进行超声处理的石墨烯分散液，然后在外加磁场中对石墨烯分散液进行蒸馏或减压蒸馏制得石墨烯浓缩液，并最终将石墨烯浓缩液添加到尼龙6聚合体系中的高强导热尼龙6的制备方法。
【背景技术】
[0002]2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈.海姆教授和康斯坦丁.诺沃肖洛夫教授通过一种很简单的方法从石墨薄片中剥离出了石墨烯，为此他们二人也荣获2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯行业仍在量产摸索阶段，主要的制备方法有微机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法和气相沉积法；其中氧化石墨还原法由于制备成本相对较低，是主要制备方法。通过这种方法制备的石墨烯的层数一般为6?10层，石墨烯的层数大，会引起石墨烯比较面积的变小，这一变化会使得石墨烯的各方面性能大幅下降，包括机械强度、导电性能、导热性能。现有技术也出现了制备少层或单层石墨烯的方法，但是相对应的，这些方法具有成本高、效率底的重大缺陷。少层或单层石墨烯的使用，不仅能大幅降低石墨烯的使用量，还能更好的发挥石墨独特的性能。
[0003]目前石墨烯的运用极其广泛，但由于石墨烯颗粒度很小，最小的石墨烯长度只有I微米左右，这就导致石墨烯在使用的时候极易出现团聚的现象，团聚现象的出现，不仅会对产品性能造成很大影响，另一方面会大幅提升石墨烯使用量，造成成本上升。
[0004]石墨烯通常需要与其他材料复合使用，石墨烯具有很强的疏水性，这就使得石墨烯在大部分液体中的相容性很差。为使石墨烯与其他材料有机结合，现有技术利用水性钛酸酯对石墨烯表面进行修饰处理，然后与水混合制成悬浮液。一方面是考虑水性钛酸酯与其他材料如高分子材料有良好的结合性能，另一方面也考虑了水性钛酸酯能改善石墨烯的团聚。
[0005]但是，由于石墨烯的特殊性能，在采用水性钛酸酯对石墨烯进行表面修饰时，并不能均匀地将水性钛酸酯分配给欲予以表面修饰的石墨烯。石墨烯具有比表面积极大、堆积密度非常小的特性，水性钛酸酯的密度偏大，这就造成了在使用水性钛酸酯对石墨烯进行处理时石墨烯与水性钛酸酯的体积比极大。少量的水性钛酸酯加入到石墨烯中时能被修饰到的石墨烯很少，而且还会造成石墨烯小范围的结团团聚。这样的方法来处理石墨烯，基本起不到石墨烯表面修饰的作用。
[0006]尼龙6目前是使用量很大的一种高分子材料，但是其机械性能比较有限，主要使用领域是在纺织、日用等对性能要求较低的产品。所以，对尼龙6的机械性能进行改善能够有效的扩大其使用领域，提高尼龙6的使用量。目前，对尼龙6进行性能改善的主要措施是物理改性，即通过物理方法在尼龙6熔体中添加增强材料使得尼龙6的机械性能得以改善。虽然通过这种方法可以在一定程度上提高机械性能，但是在改性过程中，尼龙6聚合物的分子链会受到很大程度的破坏，使得其部分性能大幅下降，并且通过二次加工的方式来对尼龙6进行改性，会造成能耗的上升，增加生产成本。
[0007]随着科学技术的不断进步，各种高科技电子产品不断出现，现有产品的配置也处于不断升级进步的过程中，这些电子产品在使用是会发出大量的热量，这些热量若不能及时散发到产品外部，将会对产品的运行造成影响或损害。现在占主导地位的导热材料是金属材料和功能高分子导热材料，但在轻量化的今天，金属材料正在逐步被淘汰，所以，开发导热性好的高分子材料已迫在眉睫。
【发明内容】
[0008]本发明涉及一种高强导热尼龙6及其制备方法，特别是提供一种在己内酰胺进行聚合反应时添加石墨烯浓缩液使得石墨烯均匀分散在尼龙6中从而制得的高强导热尼龙6及其制备方法。本发明先将水性钛酸酯溶解在水中，然后加入石墨烯，在磁场中对石墨烯分散液进行超声处理，最后在外加磁场中对石墨烯分散液进行蒸馏或减压蒸馏减少水分，再将含水量较少的石墨烯浓缩液加入到己内酰胺聚合体系中制备高强导热尼龙6。石墨烯浓缩液中石墨烯经过水性钛酸酯修饰，并经过磁场以及超声处理达到分散及剥离的作用，石墨烯的活性高，在尼龙6中不会产生团聚，充分剥离后的石墨烯，能更好的发挥石墨烯的特性。通过这种方法可制备石墨烯分散好，结合好的高强导热尼龙6。
[0009]本发明的一种高强导热尼龙6的制备方法，先将水性钛酸酯溶解在水中，然后加入石墨烯粉体，在磁场中进行超声分散制得石墨烯分散液，然后将石墨烯分散液在外加磁场中进行蒸馏或减压蒸馏，得到高石墨烯含量的石墨烯浓缩液，再将石墨烯浓缩液添加到己内酰胺聚合体系中，聚合得到高强导热尼龙6。
[0010]作为优选的技术方案:
[0011]如上所述的一种高强导热尼龙6的制备方法，所述石墨烯粉体在所述石墨烯分散液中的质量分数为0.5?8%，所述水性钛酸酯的质量小于等于石墨烯粉体质量的2%，所述石墨烯浓缩液中石墨烯的含量为30?70%，所述石墨烯在尼龙6中的质量分数为0.2?5%。水性钛酸醋过少，不能对石墨稀表面充分修饰，过多会造成材料性能的下降。经过浓缩工艺后，由于石墨烯分散液中水的减少，石墨烯的含量相应会大幅上升。
[0012]如上所述的一种高强导热尼龙6的制备方法，所述的水性钛酸酯是双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯，或双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和三乙醇胺的螯合物溶液，或双(二辛基焦磷酸酯)羟乙酸酯钛酸酯，或双(二辛基二乙醇)乙二胺钛酸酯，或二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯。水性钛酸酯含有可水解的短链烷氧基能与石墨烯的双键发生化学反应从而使得钛酸酯能与石墨烯充分结合，起到表面修饰的作用。
[0013]如上所述的一种高强导热尼龙6的制备方法，所述溶解的过程是通过机械搅拌的方式，转速为50?100转/分钟，搅拌时间为5?30分钟，温度为10?35°C。水性钛酸酯能与水互溶，通过低速搅拌加快钛酸酯溶解速度，大幅缩短溶解时间。
[0014]如上所述的一种高强导热尼龙6的制备方法，所述石墨烯粉体的尺寸为，长和宽分别为I?200微米，厚度为6?10纳米；所述石墨稀浓缩液和高强导热尼龙6中石墨稀的尺寸为，长和宽分别为I?200微米，厚度I?6纳米。石墨稀的颗粒度越小，相对应的比表面积就越大，小颗粒度的石墨烯更有利于发挥石墨烯优秀的机械性能和其他物理性能，并且在使用时还能较少石墨烯的使用量。
[0015]如上所述的一种高强导热尼龙6的制备方法，所述超声分散对应的磁场强度为0.5?5T，所述外加磁场的磁场强度为2?6T。石墨稀材料具有特殊的结构形态，在磁场中，石墨烯分散液中的石墨烯会产生有序的定向排列，在浓缩过程中，由于石墨烯的含量逐渐升高，石墨烯浓缩液的粘稠度会逐渐变大，因此，通过较高磁场强度的磁场来控制石墨烯的有序排布。
[0016]如上所述的一种高强导热尼龙6的制备方法，所述的超声分散的超声波频率为20?30KHz，功率为I?5千瓦，超声分散时间为30?90分钟，温度控制为10?60°C。超声分散对石墨烯在分散液中的分散具有很好的效果，也能够充分的使得石墨烯表面被水性钛酸酯修饰，另外，石墨烯通过磁场作用在石墨烯分散液中定向排列从而达到一个平衡状态后，由于超声的高频率作用，从而使得这种平衡状态被打破，通过不断的力学作用，使得石墨烯片层之间的距离增大，从而达到剥离的作用。
[0017]如上所述的一种高强导热尼龙6的制备方法，所述蒸馏是指通过加热使得水分蒸发而使得石墨烯分散液中石墨烯浓度提高的过程，蒸馏温度为80?100°C，蒸馏时间为10?60分钟；所述减压蒸馏的参数为:真空度为-0.0lMPa?-0.1MPa,蒸馏温度为50?80°C，蒸馏时间为10?30分钟。通过蒸馏或减压蒸馏，使得石墨烯分散液中的水分蒸发分离而使得石墨烯含量大幅度提高，水分大幅减少，有效的改善了由于水分过多而造成的生产加工问题。
[0018]如上所述的一种高强导热尼龙6的制备方法，所述的聚合的具体步骤为:
[0019]I)将己内酰胺熔融，温度为70?100°C，时间I?2小时；
[0020]2)将熔融后的己内酰胺与石墨烯浓缩液在调整槽中混合；
[0021]3)将调整好的混合物在聚合釜中反应，反应温度为220?260°C，并通入氮气保护，压力为0.7?1.3MPa，在聚合釜中聚合4?6小时反应完成，聚合物从聚合釜下部进入水槽铸带、切粒、抽提和干燥即得到