专利名称：Mc尼龙纳米导电复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种导电塑料的制备技术，特别是MC尼龙纳米导电复合材料及其制
备方法。
背景技术：
MC尼龙又称单体浇铸尼龙，是在常压下将熔融的己内酰胺单体，经真空脱水后与碱催化剂、活化剂等助剂一起，直接注入一定温度的模具中聚合成型，该工艺简单方便、生产效率高，已成为尼龙制品的主要生产方式。纯MC尼龙制品重量轻、性能好、耐磨性高、使用寿命长，广泛应用于矿山机械、管道运输、冶金化工、纺织、包装等行业。但是其表面电阻率大，在工业生产和日常生活中往往由于静电而带来较大损失和破坏。导电塑料是将树脂和导电物质混合，用塑料的加工方式进行加工的功能型高分子材料，导电塑料能够有效防止聚合物表面产生静电，因此广泛应用于半导体、防静电材料、 电磁屏蔽等领域。目前通过挤出、注射、共混等方法成型尼龙导电复合材料的报道较多。中国专利CN 101407632A公开了“一种导电、抗静电尼龙”，其以聚酰胺树脂为基础原料，通过加入纳米无机填充材料、导电炭黑、润滑剂、表面处理剂和抗氧化剂等组分，双螺旋挤出成型导电尼龙材料。中国专利CN 101955653A报道一种增强导电尼龙材料及其制备方法，提出利用玻璃纤维在塑料中易加工、易分散的特点，提出一种将玻璃纤维二次附着金属粉末，再与塑料共混造粒制备热塑性导电塑料。中国专利CN 1900162A报道聚酰胺/石墨纳米导电复合材料及其制备方法，将膨胀石墨、聚酰胺和辅料混合均勻后熔融共混而得到复合材料。中国专利 CN 10565M2A公开了导电MC尼龙材料及其制备方法，由于导电材料仅仅是简单混合在基体中，使得复合材料导电性能的改进非常有限，而通过导电填料表面改性来制备MC尼龙纳米导电复合材料的报道尚未可见。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种MC尼龙纳米导电复合材料及其制备方法，该材料可广泛应用于化工、电力、机械、建筑、交通运输等行业。。实现本发明目的的技术解决方案为一种MC尼龙纳米导电复合材料，化学组分及含量为MC尼龙(859Γ100%)、导电填料(09Γ15%)，所述百分数为重量百分比。所述导电填料为天然鳞片石墨、膨胀石墨、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种及以上的混合， 该导电填料用改性剂处理，改性剂用量为导电填料的0-10% (体积百分比)。所述改性剂为 Υ-丙基三甲氧基硅烷偶联剂、Y-丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、Y-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂、Y-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、Y-氨丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、有机酸铬合物中的一种或两种及以上的混合。一种制备MC尼龙纳米导电复合材料的方法，包括以下步骤
步骤1、将无水乙醇和蒸馏水混合，加入0-10% (体积百分比)改性剂混合均勻，再加入导电填料磁力搅拌30-60min，超声处理3-5次，每次30_50min，间隔5_15min，升温至 60-100°C进行改性，经抽滤、洗涤，真空干燥得到改性处理导电填料以备用；所述改性剂为 Y-丙基三甲氧基硅烷偶联剂、Y-丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、Y-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂、Y-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、Y-氨丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、有机酸铬合物中的一种或两种及以上的混合；所述导电填料为天然鳞片石墨、膨胀石墨、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种及以上的混合。步骤2、将己内酰胺单体加热融化后，加入步骤1中真空干燥的改性处理导电填料，磁力搅拌，超声分散30-60min，再继续对混合物抽真空脱水，保持温度12(Tl4(TC，真空度为10—1 10_3Pa，30-60min后加入催化剂，继续加热抽真空，沸腾30-60min后加入助催化剂；
步骤3、将活性料浇铸静态模具或离心成型机(转速600 1500r/min)，控制聚合温度 150^2000C，保温10-30min后随炉冷却，40-60°C脱模，再经沸水处理或140 170°C油处理， 即得到MC尼龙纳米导电复合材料。本发明与现有技术相比，其显著优点为1)采用该方法制备的纳米导电复合材料中导电填料表面被改性剂包覆，能够消除团聚现象，导电填料以纳米尺度均勻分散在尼龙基体中，两者界面结合良好；2)采用该方法制备的MC尼龙纳米导电复合材料的逾渗阈值 0. 5-2Vol%,电导率可达10_2-10_5S/cm ；3)本发明MC尼龙纳米导电复合材料的制备工艺简单，易于在传统MC尼龙生产生产线上实现升级；4)本发明MC尼龙纳米导电复合材料具有良好的综合性能和使用性能，广泛应用于化工、电力、机械、建筑、交通运输等行业。
具体实施例方式本发明的一种MC尼龙纳米导电复合材料，化学组分及含量为MC尼龙 (859Γ100%)、导电填料(09Γ15%)，所述百分数为重量百分比。所述导电填料为天然鳞片石墨、膨胀石墨、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种及以上的混合，该导电填料用改性剂处理，改性剂用量为导电填料的0-10% (体积百分比)。所述改性剂为Y-丙基三甲氧基硅烷偶联剂、Y -丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、Y -氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂、Y -氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、Y-氨丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、有机酸铬合物中的一种或两种及以上的混合。一种制备MC尼龙纳米导电复合材料的方法，包括以下步骤
步骤1、将无水乙醇和蒸馏水混合，加入0-10% (体积百分比)改性剂混合均勻，再加入导电填料磁力搅拌30-60min，超声处理3_5次，每次30_50min，间隔5_15min，升温至60-100°C进行改性，经抽滤、洗涤，真空干燥得到改性处理导电填料以备用；改性剂为 Y-丙基三甲氧基硅烷偶联剂、Y-丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、Y-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂、Y-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、Y-氨丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、有机酸铬合物中的一种或两种及以上的混合；所述导电填料为天然鳞片石墨、膨胀石墨、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种及以上的混合。步骤2、将己内酰胺单体加热融化后，加入步骤1中真空干燥的改性处理导电填料，磁力搅拌，超声分散30-60min，再继续对混合物抽真空脱水，保持温度12(Tl4(TC，真空度为10—1 10_3Pa，30-60min后加入催化剂，继续加热抽真空，沸腾30-60min后加入助催化剂；
步骤3、将活性料浇铸静态模具或离心成型机(转速600 1500r/min)，控制聚合温度 150^2000C，保温10-30min后随炉冷却，40-60°C脱模，再经沸水处理或140 170°C油处理， 即得到MC尼龙纳米导电复合材料。上述MC尼龙纳米导电复合材料中，导电填料以纳米尺度均勻分散在尼龙基体中， MC尼龙纳米导电复合材料的逾渗阈值0. 5-2Vol%,电导率可达10_2-10_5S/cm。催化剂为金属钠、氢氧化钠、金属钾、氢氧化钾、醇钠、金属锂中的一种或两种及以上的混合。助催化剂为乙酰基己内酰胺、异氰酸酯中的一种或两种及以上的混合。下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述
实施例一
将85 %无水乙醇和5%蒸馏水混合，加入10%改性剂硅烷偶联剂Y -丙基三甲氧基硅烷混合均勻，再加入膨胀石墨磁力搅拌30min，超声处理3次，每次30min，间隔5min，升温至60°C进行改性，经抽滤、洗涤，真空干燥得到改性处理膨胀石墨以备用。将己内酰胺单体 (占总质量的85%)加热融化后，加入预先真空干燥的改性处理膨胀石墨(占总质量的15%)， 磁力搅拌，超声分散40min，再继续对混合物抽真空脱水，保持温度130°C左右，真空度为 IO-1Pa, 一段时间后加入适量催化剂氢氧化钠，继续加热抽真空，沸腾60min后加入适量助催化剂异氰酸酯。将活性料迅速浇铸静态模具，控制聚合温度170°C，保温15min后随炉冷却，60°C脱模，再经沸水处理，即得到MC尼龙纳米导电复合材料，其逾渗阈值0. 8Vol%,电导率可达l(T3S/cm。
实施例二
将95 %无水乙醇和洲蒸馏水混合，加入3%改性剂硅烷偶联剂Y-氨丙基三乙氧基硅烷混合均勻，再加入碳纤维磁力搅拌40min，超声处理4次，每次40min，间隔8min，升温至70°C进行改性，经抽滤、洗涤，真空干燥得到改性处理碳纤维以备用。将己内酰胺单体(占总质量90%)加热融化后，加入一定量预先真空干燥的改性处理碳纤维(占总质量的 10%)，磁力搅拌，超声分散40min，再继续对混合物抽真空脱水，保持温度140°C左右，真空度为KT1I^a，一段时间后加入适量催化剂氢氧化钾，继续加热抽真空，沸腾50min后加入适量助催化剂异氰酸酯。将活性料迅速浇铸离心成型机，调整转速700r/min，控制聚合温度 1600C，保温20min后随炉冷却，60°C脱模，再经150°C油处理，即得到MC尼龙纳米导电复合材料，其逾渗阈值1. 3Vol%,电导率可达10_2S/cm。实施例三
将90 %无水乙醇和5%蒸馏水混合，加入5%改性剂钛酸酯偶联剂混合均勻，再加入导电炭黑磁力搅拌40min，超声处理4次，每次40min，间隔lOmin，升温至70°C进行改性，经抽滤、洗涤，真空干燥得到改性处理炭黑以备用。将己内酰胺单体(占总质量的95%)加热融化后，加入一定量预先真空干燥的改性处理炭黑(占总质量的5%)，磁力搅拌，超声分散 30min，再继续对混合物抽真空脱水，保持温度120°C左右，真空度为KT1I3a，一段时间后加入适量催化剂金属钠，继续加热抽真空，沸腾50min后加入适量助催化剂乙酰基己内酰胺。 将活性料迅速浇铸静态模具，控制聚合温度180°C，保温IOmin后随炉冷却，60°C脱模，再经160°C油处理，即得到MC尼龙纳米导电复合材料，其逾渗阈值2Vol%，电导率可达10_4S/ cm。 实施例四
将90 %无水乙醇和5%蒸馏水混合，加入5%改性剂钛酸酯偶联剂混合均勻，再加入导电炭黑磁力搅拌40min，超声处理4次，每次40min，间隔lOmin，升温至70°C进行改性，经抽滤、洗涤，真空干燥得到改性处理炭黑以备用。将己内酰胺单体(占总质量的99. 9%)加热融化后，加入一定量预先真空干燥的改性处理碳纳米管(占总质量的0. 1%)，磁力搅拌，超声分散30min，再继续对混合物抽真空脱水，保持温度120°C左右，真空度为KT1I^，一段时间后加入适量催化剂金属钾，继续加热抽真空，沸腾50min后加入适量助催化剂醇钠。将活性料迅速浇铸静态模具，控制聚合温度180°C，保温IOmin后随炉冷却，60°C脱模，再经160°C油处理，即得到MC尼龙纳米导电复合材料，其逾渗阈值2Vol%，电导率可达10_4S/cm。
权利要求
1.一种MC尼龙纳米导电复合材料，其特征在于，化学组分及含量为MC尼龙 (859Γ100%)、导电填料(09Γ15%)，所述百分数为重量百分比。
2.根据权利要求1所述的MC尼龙纳米导电复合材料，其特征在于，所述导电填料为天然鳞片石墨、膨胀石墨、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种及以上的混合，该导电填料用改性剂处理，改性剂用量为导电填料的0-10% (体积百分比)。
3.根据权利要求2所述的MC尼龙纳米导电复合材料，其特征在于，所述改性剂为 Υ-丙基三甲氧基硅烷偶联剂、Y-丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、Y-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂、Y-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、Y-氨丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、有机酸铬合物中的一种或两种及以上的混合。
4.一种制备权利要求1所述MC尼龙纳米导电复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1、将无水乙醇和蒸馏水混合，加入0-10% (体积百分比)改性剂混合均勻，再加入导电填料磁力搅拌30-60min，超声处理3_5次，每次30_50min，间隔5_15min，升温至 60-100°C进行改性，经抽滤、洗涤，真空干燥得到改性处理导电填料以备用；步骤2、将己内酰胺单体加热融化后，加入步骤1中真空干燥的改性处理导电填料，磁力搅拌，超声分散30-60min，再继续对混合物抽真空脱水，保持温度12(Tl40°C，真空度为 ΙΟ—1 10_3Pa，30-60min后加入催化剂，继续加热抽真空，沸腾30-60min后加入助催化剂；步骤3、将活性料浇铸静态模具或离心成型机(转速600 1500r/min)，控制聚合温度 150^2000C，保温10-30min后随炉冷却，40-60°C脱模，再经沸水处理或140 170°C油处理， 即得到MC尼龙纳米导电复合材料。
5.根据权利要求4所述的制备MC尼龙纳米导电复合材料的方法，其特征在于，步骤1 中改性剂为Y-丙基三甲氧基硅烷偶联剂、Y-丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、Y-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂、Y-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、Y-氨丙基甲基二甲氧基硅烷偶联齐U、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、有机酸铬合物中的一种或两种及以上的混合；所述导电填料为天然鳞片石墨、膨胀石墨、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种及以上的混合。
全文摘要
本发明公开了一种MC尼龙纳米导电复合材料及其制备方法，其化学组分及含量为MC尼龙(85%~100%)、导电填料(0%~15%)，所述百分数为重量百分比。所述导电填料为天然鳞片石墨、膨胀石墨、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种及以上的混合，该导电填料用改性剂处理，改性剂用量为导电填料的0-10%。所述改性剂为γ-丙基三甲氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、有机酸铬合物中的一种或两种及以上的混合。本发明MC尼龙纳米导电复合材料具有良好的综合性能和使用性能。
文档编号C08K9/10GK102260406SQ20111018668
公开日2011年11月30日 申请日期2011年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者崔崇, 张士华, 朱志萍, 程佳平, 陈 光, 韩萍 申请人:南京理工大学