专利名称：一种聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种聚酰胺6(PA6)/蒙脱土复合材料及 其制备方法。
背景技术：
聚酰胺6是一种重要的工程塑料，具有强度高、耐磨、耐溶剂、耐油等特性，但由于 极性酰胺基团的存在，使其吸水率高，制品尺寸稳定性差，低温和干态冲击强度低，且聚酰 胺6熔体粘度低、注塑成型时易造成流涎，在加工温度下易受热氧作用降解。因此，必须通 过改性提高其性能。 自日本丰田中央研究所采用原位聚合法制备聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料以 来，聚合物/层状硅酸盐纳米复合物的研究受到了广泛关注。聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材 料具有强度和模量高、热变形温度高及良好的阻隔性能等特性，因此，聚酰胺/蒙脱土纳米 复合材料引起了人们极大的兴趣。 中国专利96105362. 3、01139269. X、200310104302. 5、200310104303.X、 200310109091. 4、200610040415. 7、200610007296. 5等报道了原位插层聚合制备聚酰胺/ 蒙脱土纳米复合材料的方法。中国专利97112237. 7公开了一种将插层处理的粘土与聚酰 胺在双螺杆挤出机上熔融共混挤出制备聚酰胺/粘土纳米复合材料的方法，其中蒙脱土预 先经十六烷基三甲基铵或其它烷基季铵盐处理。中国专利申请200710171322. 2报道了一 种层状蒙脱土高度平行排列的聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料的制备方法，其中蒙脱土经 季铵盐处理。 然而，上述专利中提及的原位插层聚合对工艺要求较高，不便于工业化应用；而便 于工业化应用的是熔融插层法制备聚酰胺/蒙脱土纳米复合材料。熔融插层法制得高性能 聚酰胺6/蒙脱土复合物的关键是蒙脱土在聚酰胺6中的分散状况及其与聚酰胺6间的界 面相互作用。为增加蒙脱土与聚合物的亲和性，并扩大其层间距，一般采用烷基季铵盐与蒙 脱土进行阳离子交换，以得到有机化蒙脱土。但季铵盐改性的蒙脱土热稳定性差，易导致聚 酰胺6降解，影响其性能和色泽。因此需要研究其它可行的蒙脱土有机化改性方法，以制备 聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料。
发明内容
本发明提供一种采用环氧化有机蒙脱土作为聚酰胺6的纳米改性材料，制备聚酰 胺6/蒙脱土纳米复合材料。 本发明还提供了聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料的制备方法，即采用接枝物蒙脱 土母粒，与聚酰胺6树脂按比例混合，可添加抗氧剂、润滑剂和其他加工助剂，经双螺杆挤 出机熔融挤出造粒，制备聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料。 本发明的聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料，以重量百分比计，其主要组成为
聚酰胺6:85%_95%
接枝物蒙脱土母粒5% -15% 抗氧剂0_1% 润滑剂:0-1% ; 其中，所述接枝物蒙脱土母粒以重量百分比计，由以下组分组成 环氧化有机蒙脱土 20-30% 接枝物70-80%。 所述的环氧化有机蒙脱土本发明人在中国专利ZL200410015775. 2和 ZL03137638.X公开了其组分和制备方法，由下列主要原料组成蒙脱土 65-75wt^，环氧
化合物25_35wt% ;所述的蒙脱土为钠基、钙基蒙脱土或烷基季铵盐有机蒙脱土 ；所述的环
氧化合物为双酚A环氧树脂、线形酚醛环氧树脂、溴化双酚A环氧树脂及端基含环氧基团的 单官能或多官能团有机化合物。 所述的接枝物为接枝聚丙烯、接枝聚乙烯、接枝聚酰胺6、接枝聚酰胺66、接枝 POE(接枝乙烯-辛烯共聚物)、接枝EP匿(接枝三元乙丙橡胶)中的一种。可以选用市售 产品，或者自行合成。 所述的接枝物的接枝单体为马来酸酐、硅烷、丙烯酸、聚丙烯酰胺、马来酸酐-苯 乙烯中的一种，接枝率为0. 8-10% 所述的抗氧剂和润滑剂为改善复合材料所添加，采用本领域常用物质和剂量即可。 上述聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料的制备方法，包括 (1)将环氧化有机蒙脱土和接枝物混合后，在230°C -27(TC温度条件下，经双螺杆 挤出机熔融混炼，挤出造粒，得到接枝物蒙脱土母粒； (2)将聚酰胺6、接枝物蒙脱土母粒、抗氧剂和润滑剂，混合均匀，在240°C _280°C 温度条件下，经双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒，制备聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料。
应用环氧化合物作为改性齐U，将环氧化合物与蒙脱土混合均匀后，在 150°C _2001:温度条件下，经双辊混炼机，双螺杆挤出机或密炼机强力剪切混炼，制成环氧 化有机蒙脱土。环氧化有机蒙脱土耐高温变色性能好，可耐温度大于33(TC，蒙脱土含量高 达65% _75%，层间距大，可达3. 5-10. Onm，在聚合物中易剥离分散。 加入接枝物的目的改善环氧化有机蒙脱土在最后聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材 料产品中的相容性，达到完全剥离分散的目的。 本发明制备的聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料，蒙脱土在聚酰胺6基体中完全剥 离，呈纳米级分散。该复合材料的力学性能如拉伸、弯曲强度得到显著提高，热变形温度、耐 热性也得到大幅度提高。 本发明的聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料，经XRD测试，2e角在1-15°内未出现 衍射特征峰，说明蒙脱土在聚酰胺6基体中已达到纳米级分散。
图1为本发明实施例1的XRD图；
图2为本发明实施例2的XRD图；
图3为本发明实施例3的XRD4
图4为本发明实施例2在N2气氛下的TGA图； 图5为本发明实施例1的TEM图； 图6为本发明实施例2的TEM图； 图7为本发明实施例3的TEM图。
具体实施方式
实施例1 : 将2kg环氧化有机蒙脱土和8kg接枝聚丙烯混合后，在230°C -27(TC温度条件下， 经双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒，得到接枝物蒙脱土母粒； 取9. 4kg聚酰胺6、0. 5kg接枝物蒙脱土母粒、0. 05kg抗氧剂1010和168的复合 物、0. 05kg润滑剂EBS，于高速搅拌机中混合，在240°C _2801:下双螺杆挤出机熔融混炼，挤 出造粒，制备聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料。 制备的聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料具有如下性能拉伸强度65MPa，弯曲强度 120MPa，弯曲模量3008MPa，冲击强度6. 8kJ/tf，热变形温度(HDT) 125°C。
实施例2 : 将2. 5kg环氧化有机蒙脱土和7. 5kg接枝聚乙烯混合后，在230°C -27(TC温度条 件下，经双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒，得到接枝物蒙脱土母粒； 取8. 5kg聚酰胺6、1. 45kg接枝物蒙脱土母粒、0. 03kg抗氧剂1010、0. 02kg润滑剂 TAF，于高速搅拌机中混合，在240°C _2801:下双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒，制备聚酰 胺6/蒙脱土纳米复合材料。 制备的聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料具有如下性能拉伸强度67MPa，弯曲强度 124MPa，弯曲模量3062MPa，冲击强度6. 7kJ/tf，热变形温度(HDT) 130°C。
实施例3 : 将2. 8kg环氧化有机蒙脱土和7. 2kg接枝聚聚酰胺6混合后，在230°C -27(TC温
度条件下，经双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒，得到接枝物蒙脱土母粒； 取8. 7kg聚酰胺6、1. 17kg接枝物蒙脱土母粒、0. 05kg抗氧剂1098、0. 08kg润滑剂
TAF，于高速搅拌机中混合，在240°C _2801:下双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒，制备聚酰
胺6/蒙脱土纳米复合材料。 制备的聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料具有如下性能拉伸强度70MPa，弯曲强度 126MPa，弯曲模量3100MPa，冲击强度6. 6kJ/tf，热变形温度(HDT) 135°C。
实施例4 : 将3kg环氧化有机蒙脱土和7kg接枝聚丙烯混合后，在230°C _2701:温度条件下， 经双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒，得到接枝物蒙脱土母粒； 取9. 45kg聚酰胺6、0. 5kg接枝物蒙脱土母粒、0. Olkg抗氧剂1010和168的复合 物、0. 04kg润滑剂TAF，于高速搅拌机中混合，在240°C -280°〇下双螺杆挤出机熔融混炼，挤 出造粒，制备聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料。 制备的聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料具有如下性能拉伸强度75MPa，弯曲强度 130MPa，弯曲模量3134MPa，冲击强度6. 5kJ/tf，热变形温度(HDT) 137°C。
实施例5 :
将2. 2kg环氧化有机蒙脱土和7. 8kg接枝聚丙烯混合后，在230°C -27(TC温度条 件下，经双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒，得到接枝物蒙脱土母粒； 取8. 8kg聚酰胺6、 1. 18kg接枝物蒙脱土母粒、0. Olkg抗氧剂1098和168的复合 物、0. Olkg润滑剂硅酮粉和TAF的复合物，于高速搅拌机中混合，在240°C _2801:下双螺杆 挤出机熔融混炼，挤出造粒，制备聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料。 制备的聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料具有如下性能拉伸强度80MPa，弯曲强度 136MPa，弯曲模量3462MPa，冲击强度6. 2kJ/tf，热变形温度(HDT) 142°C。
实施例6 : 将2. 5kg环氧化有机蒙脱土和7. 5kg接枝POE混合后，在230°C -27(TC温度条件 下，经双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒，得到接枝物蒙脱土母粒； 取8. 48kg聚酰胺6、 1. 5kg接枝物蒙脱土母粒、0. Olkg抗氧剂1010和168的复合 物、0. Olkg润滑剂硅酮粉和EBS的复合物，于高速搅拌机中混合，在240°C _2801:下双螺杆 挤出机熔融混炼，挤出造粒，制备聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料。 制备的聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料具有如下性能拉伸强度71MPa，弯曲强度 128MPa，弯曲模量3159MPa，冲击强度6. 7kJ/m2，热变形温度(HDT) 138°C。
权利要求
一种聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料，以重量百分比计，由以下组分组成聚酰胺685％-95％接枝物蒙脱土母粒5％-15％抗氧剂0-1％润滑剂0-1％；其中，所述接枝物蒙脱土母粒以重量百分比计，由以下组分组成环氧化有机蒙脱土20-30％接枝物70-80％；所述的接枝物为接枝聚丙烯、接枝聚乙烯、接枝聚酰胺6、接枝聚酰胺66、接枝POE、接枝EPDM中的一种。
2. 如权利要求1所述的接枝物的接枝单体为马来酸酐、硅烷、丙烯酸、聚丙烯酰胺、马 来酸酐_苯乙烯中的一种，接枝率为0. 8-10% 。
3. 如权利要求1或2所述的聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料的制备方法，包括(1) 将环氧化有机蒙脱土和接枝物混合后，在23(TC _2701:温度条件下，经双螺杆挤出 机熔融混炼，挤出造粒，得到接枝物蒙脱土母粒；(2) 将聚酰胺6、接枝物蒙脱土母粒、抗氧剂和润滑剂，混合均匀，在240°C _2801:温度 条件下，经双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒，制备聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料。
全文摘要
本发明公开了一种聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料，以重量百分比计，由以下组分组成聚酰胺685％-95％；接枝物蒙脱土母粒5％-15％；抗氧剂0-1％；润滑剂0-1％；其中，所述接枝物蒙脱土母粒以重量百分比计，由以下组分组成环氧化有机蒙脱土20-30％；接枝物70-80％。本发明制备的聚酰胺6/蒙脱土纳米复合材料，蒙脱土在聚酰胺6基体中完全剥离，呈纳米级分散。该复合材料的力学性能如拉伸、弯曲强度得到显著提高，热变形温度、耐热性也得到大幅度提高。
文档编号C08L77/00GK101696322SQ20091015324
公开日2010年4月21日 申请日期2009年10月29日 优先权日2009年10月29日
发明者周雪琴, 申屠宝卿, 盛仲夷, 谢松桂 申请人:杭州鸿雁电器有限公司;