一種POSS/澆鑄尼龍6納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用與流程

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本發(fā)明涉及澆鑄尼龍6材料及其制備和應(yīng)用，更具體地，涉及一種poss/澆鑄尼龍6納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

美國monsanto公司于1960年首先將140℃的己內(nèi)酰胺熔融單體和堿性催化劑一起直接澆注入至150～200℃模具內(nèi)，常壓下經(jīng)15min左右制得成型制品。該制品被稱為單體澆鑄尼龍6(monomercastingnylon)，亦即mcpa6。澆鑄尼龍6由于它是在低于pa6熔融溫度下快速聚合成型的，所以與普通pa6相比較，具有較高的分子量、結(jié)晶度，和較好的各項物理性能。

澆鑄尼龍6除了質(zhì)量輕、力學(xué)性能好、噪音低、耐磨和自潤滑等優(yōu)點，也存在一些不足，如低溫沖擊性能差、熱穩(wěn)定性差、抗蠕變性差、吸水性大等缺點，影響了在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。因此，為了滿足不同場合使用要求，主要對其進行共聚改性和納米粒子原位填充改性。共聚改性主要利用無規(guī)共聚和嵌段共聚等手段來滿足澆鑄尼龍6的低溫韌性。而納米離子原位填充改性，主要利用sio2、tio2、zno、晶須和蒙脫土等對澆鑄尼龍6進行改性，用以提高澆鑄尼龍6的熱穩(wěn)定性、耐熱性能和抗蠕變性能等。

poss為多面體低聚倍半硅氧烷，是一類具有納米分子尺寸和有機-無機雜化結(jié)構(gòu)的化合物，以無機si-o-si鍵組成的框架為核，外圍被有機取代基所包圍的特殊結(jié)構(gòu)，具有獨特的物理性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)性?？捎米鎏砑觿⒏叻肿硬牧虾吞沾汕膀?qū)體，多數(shù)報道都集中于poss改性聚烯烴、聚丙烯酸酯、聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂等，以及poss改性聚合物作為阻燃材料、耐熱材料、光電材料、膜材料等方面的應(yīng)用。而選擇poss對澆鑄尼龍6進行改性還未有該方面的研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要針對澆鑄尼龍6的熱穩(wěn)定性差、吸水性大和耐磨性能有待進一步提高等缺點，利用poss在己內(nèi)酰胺單體熔體中進行分散或改性，再加入催化劑和引發(fā)劑，引發(fā)澆鑄尼龍6反應(yīng)成型，使尼龍分子鏈貫穿于poss籠形孔穴中，且與poss產(chǎn)生化學(xué)鍵合，制備得到一種poss/澆鑄尼龍6納米復(fù)合材料，所得材料的吸水率低，熱穩(wěn)定性好，耐磨性高，綜合性能良好。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種poss/澆鑄尼龍6納米復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種poss/澆鑄尼龍6納米復(fù)合材料的應(yīng)用。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種poss/澆鑄尼龍6納米復(fù)合材料，所述poss/澆鑄尼龍6納米復(fù)合材料由以下重量份數(shù)的組分反應(yīng)制備得到：

poss：0.5～100份

己內(nèi)酰胺單體：100份

引發(fā)劑：0.6～2份

催化劑：0.1～0.8份；

其中，所述己內(nèi)酰胺單體與poss的組分重量比為1:0.005～1；所述己內(nèi)酰胺單體與引發(fā)劑的組分重量比為1:0.006～0.02；所述己內(nèi)酰胺單體與催化劑的組分重量比為1:0.001～0.008。

進一步地，為了助于poss的分散可在poss/澆鑄尼龍6納米復(fù)合材料的原料中加入水，根據(jù)帶有反應(yīng)官能團的poss的本身特性，需要在poss/澆鑄尼龍6納米復(fù)合材料的制備原料中選用有機改性劑，可以對poss進行接枝改性，使poss可以與澆鑄尼龍進行化學(xué)鍵合。

進一步優(yōu)化地，所述水的組分重量不超過poss的組分重量的2倍，所述有機改性劑的組分重量不超過poss組分重量的2倍。

進一步地，所述poss/澆鑄尼龍6納米復(fù)合材料由以下重量份數(shù)的組分反應(yīng)制備得到：

poss：1～10份

水：0～20份

有機改性劑：0～20份

己內(nèi)酰胺單體：100份

引發(fā)劑：0.6～1份

催化劑：0.1～0.3份。

本發(fā)明利用poss在己內(nèi)酰胺單體熔體中進行分散或改性，再加入催化劑和引發(fā)劑，引發(fā)澆鑄尼龍6反應(yīng)成型。所制復(fù)合材料使poss呈納米級分散于基體中，尼龍分子鏈貫穿于poss籠形孔穴中，且與poss產(chǎn)生化學(xué)鍵合，從而提高澆鑄尼龍6各項性能，并且有些帶長鏈氟烷基體的poss，還可在澆鑄尼龍6表面形成一層即疏水又疏油的雙疏保護層，解決澆鑄尼龍6吸水率高的缺點，亦可降低澆鑄尼龍6的摩擦系數(shù)，提高其耐磨性。

本發(fā)明的另一目的在于，公開poss/澆鑄尼龍6納米復(fù)合材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

s1.將poss、水和有機改性劑按照上述比例，加入裝有己內(nèi)酰胺單體一的a釜中，將所述a釜的溫度調(diào)整到70～85℃，進行攪拌反應(yīng)0.5～2h；

s2.將步驟s1的a釜升溫至130～140℃，在一定真空度下抽真空15～60min，所述抽真空的真空度為99000～99997pa；然后加入引發(fā)劑抽真空反應(yīng)15～30min；

s3.將己內(nèi)酰胺單體二裝入b釜中，加熱至己內(nèi)酰胺單體二溶化就開始抽真空，所述己內(nèi)酰胺單體二全部熔化加入催化劑并升溫至130～140℃，繼續(xù)抽真空10～15min；

s4.將a釜和b釜得到的物質(zhì)混合后，澆入150～170℃模具內(nèi)聚合成型，反應(yīng)10～60min，自然冷卻，即得poss/澆鑄尼龍6納米復(fù)合材料。

進一步地，所述水為去離子水或蒸餾水中的至少一種。

進一步地，所述poss是多面體低聚倍半硅氧烷，其結(jié)構(gòu)簡式為[rsio3/2]n，其中n一般為6、8、10或12；其中r為有機基團，r為羥基、異丁基和長鏈氟烷基團、八乙烯基、七乙烯基羥基、氨基和巰基中的至少一種。

進一步地，所述有機改性劑為季銨鹽類表面活性劑、高級脂肪酸類表面活性劑、高級脂肪酸鹽類表面活性劑、不飽和有機酸類表面活性劑、硅烷類偶聯(lián)劑、鈦酸酯類偶聯(lián)劑、硬脂酸類偶聯(lián)劑、鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑等中的至少一種。

進一步地，所述引發(fā)劑為異氰酸酯，所述異氰酸酯為mdi、tdi、hdi、ndi、papi、htdi、hmdi、tmxdi和ipdi中的至少一種。

進一步地，所述催化劑為己內(nèi)酰胺鈉、己內(nèi)酰胺溴化鎂、naoh、koh、na2co3、nah、lih中的至少一種。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明提供的poss/澆鑄尼龍6納米復(fù)合材料采用常見的原料，創(chuàng)造性的將poss于澆鑄尼龍6體系中進行改性和分散，再加入催化劑和引發(fā)劑相互作用，引發(fā)澆鑄尼龍6反應(yīng)成型，制備出吸水率低，熱穩(wěn)定性好，耐磨性高，綜合性能良好的poss/澆鑄尼龍6納米復(fù)合材料。

本發(fā)明的poss/澆鑄尼龍6納米復(fù)合材料制備以澆鑄尼龍6工藝為基礎(chǔ)，制備工藝簡單，成本較低，制備得到的poss/澆鑄尼龍6納米復(fù)合材料綜合性能良好，應(yīng)用范圍廣泛，使用過程中安全可靠。

本發(fā)明poss/澆鑄尼龍6納米復(fù)合材料保證了材料的沖擊強度和硬度的同時，吸水率明顯降低，由現(xiàn)有的澆鑄尼龍6的吸水率的3.5％降至0.8％，其最大降低率為77％；熱變形溫度由80℃升高到158℃，最大提高率為49.3％；滾動摩擦系數(shù)由0.92降至0.43，最大降低率為53％。可見，本發(fā)明制備得到poss/澆鑄尼龍6納米復(fù)合材料的吸水率低，熱穩(wěn)定性好，耐磨性高，綜合性能良好。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例進一步詳細說明本發(fā)明。除非特別說明，本發(fā)明實施例使用的各種原料均可以通過常規(guī)市購得到，或根據(jù)本領(lǐng)域的常規(guī)方法制備得到，所用設(shè)備為實驗常用設(shè)備。除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語與本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員所熟悉的意義相同。

本發(fā)明創(chuàng)造性的選取了poss對澆鑄尼龍6進行原位聚合改性，通過引發(fā)劑、催化劑，佐以水和有機改性劑，反應(yīng)制備得到吸水率低，熱穩(wěn)定性好，耐磨性高，綜合性能良好的poss/澆鑄尼龍6納米復(fù)合材料。

poss是多面體低聚倍半硅氧烷，其結(jié)構(gòu)簡式為[rsio3/2]n，其中n一般為6、8、10或12；其中r為有機基團，r為羥基(-oh)、異丁基和長鏈氟烷基團、八乙烯基、七乙烯基羥基、氨基和巰基中的至少一種。未帶反應(yīng)官能團的poss可以作為澆鑄尼龍6的納米成核劑分散于基體中；帶有一個官能團的poss可以作為澆鑄尼龍分子鏈段的側(cè)基；帶有兩個官能團的poss可以作為澆鑄尼龍的交聯(lián)劑，交聯(lián)兩條尼龍分子鏈段；帶有多個官能團的poss可以作為澆鑄尼龍的枝化劑。

引發(fā)劑選用異氰酸酯，異氰酸酯為mdi、tdi、hdi、ndi、papi、htdi、hmdi、tmxdi和ipdi中的至少一種。

催化劑為己內(nèi)酰胺鈉、己內(nèi)酰胺溴化鎂、naoh、koh、na2co3、nah、lih中的至少一種。

有機改性劑為季銨鹽類表面活性劑、高級脂肪酸類表面活性劑、高級脂肪酸鹽類表面活性劑、不飽和有機酸類表面活性劑、硅烷類偶聯(lián)劑、鈦酸酯類偶聯(lián)劑、硬脂酸類偶聯(lián)劑、鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑等中的至少一種。有機改性劑主要是提高poss于基體的相容性和浸潤性，能與poss反應(yīng)又能與澆鑄尼龍6反應(yīng)的有機改性劑則能使poss和尼龍6基體產(chǎn)生化學(xué)鍵合。

實施例1

選用表1中的原料配比，其中poss選用六面體低聚倍半硅氧烷。

s1.將poss、水和有機改性劑按照上述比例，加入裝有己內(nèi)酰胺單體一的a釜中，將所述a釜的溫度調(diào)整到70～85℃，進行攪拌反應(yīng)0.5～2h；

s2.將步驟s1的a釜升溫至130～140℃，在一定真空度下抽真空15～60min，所述抽真空的真空度為99000～99997pa；然后加入引發(fā)劑抽真空反應(yīng)15～30min；

s4.將a釜和b釜得到的物質(zhì)混合后，澆入150～170℃模具內(nèi)聚合成型，反應(yīng)10～60min，自然冷卻，即得poss/澆鑄尼龍6納米復(fù)合材料。