[发明专利]剥离型三聚氰胺－甲醛/层状硅酸盐纳米复合材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合材料领域，尤其涉及一种采用原位聚合制备的剥离型三聚氰胺-甲醛/层状硅酸盐纳米复合材料。

背景技术

三聚氰胺-甲醛树脂又称为蜜胺树脂，是氨基树脂中的重要品种，是由三聚氰胺和甲醛在酸性或碱性介质中缩合聚合得到的。制品具有无色透明、耐光、耐沸水、无毒，自熄等特点，同时具有较好的力学性能，在-20～100℃下性能稳定，具有像陶瓷一样的耐污染性，因而广泛用于制作轻质餐具。此外，由于制品吸水性低、耐热性好，在潮湿情况下仍具有良好的电气性能；也常用于制造一些质量要求较高的日用品和电气绝缘零件。由于三聚氰胺-甲醛树脂具有优异的耐水性和阻燃性能，其被广泛地应用于木材加工行业，主要用于高档板材的黏合剂和装饰纸贴面板。

层状硅酸盐通常属于2∶1型的黏土矿物，是由一片铝氧八面体夹在两片硅氧四面体之间靠共用氧原子而形成的层状结构。每一个片层的厚度约为1nm，片层大致成圆盘状，其有效直径可在30nm到10μm之间变化。片层之间依靠静电相互作用堆砌而成层状结构，片层内部的同晶置换(例如，Al³⁺被Mg²⁺或Fe²⁺所置换，或者Mg²⁺被Li⁺所置换)导致各片层呈现出弱的电负性，因而层间往往吸附着碱金属或碱土金属阳离子(Na⁺、K⁺、Ca²⁺或Mg²⁺)以维持整个矿物结构的电中性。这些金属阳离子被很弱的电场作用力吸附在片层表面，容易被无机金属离子、有机阳离子型表面活性剂或阳离子染料交换出来。由于硅酸盐单片层的厚度只有1nm左右，在所形成的纳米复合材料中其径厚比可以达到100～1000。大的比表面积以及与聚合物基体间较强的界面相互作用，使得聚合物黏土纳米复合材料的性能优于相同组分宏观或微观复合材料的物理力学性能，在填料含量非常少的情况下(一般＜5wt％)，纳米复合材料的物理力学性能、热性能、阻燃性能和阻隔性能均能得到大幅提高。

发明内容

本发明的目的是提供剥离型三聚氰胺-甲醛/层状硅酸盐纳米复合材料。

本发明的另一目的是提供剥离型三聚氰胺-甲醛/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法。

本发明的还一目的是提供剥离型三聚氰胺-甲醛/层状硅酸盐纳米复合材料在模塑料、层压材料、微胶囊包覆材料、粘合剂、交联剂以及减水剂方面的用途。

本发明的剥离型三聚氰胺-甲醛/层状硅酸盐纳米复合材料中的层状硅酸盐的含量为0.05～60wt％，优选含量是0.1～60wt％，更优选含量是0.5～20wt％；层状硅酸盐在纳米复合材料中完全剥离。

本发明的剥离型三聚氰胺-甲醛/层状硅酸盐纳米复合材料的制备是：首先将层状硅酸盐分散到甲醛水溶液中，分散浆液搅拌处理一段时间后滴加碱液调节pH值至7～9，之后加入一定量的三聚氰胺粉末，升温到一定温度后反应一段时间取出反应液，即得到剥离型三聚氰胺-甲醛/层状硅酸盐纳米复合材料的水溶液，该水溶液的后续加工工艺与普通三聚氰胺-甲醛树脂相同，与普通三聚氰胺-甲醛树脂相比，该纳米复合材料具有优异的热稳定性、良好的光学透明性和耐化学腐蚀性以及较低的甲醛残留量。将剥离型三聚氰胺-甲醛/层状硅酸盐纳米复合材料水溶液与绵浆、木浆、木粉、石棉、氢氧化铝或α纤维素等填料充分混合、干燥粉碎后即可得到剥离型三聚氰胺-甲醛/层状硅酸盐纳米复合材料模塑料，或者将该水溶液直接用作粘合剂和浸渍液等。

本发明的剥离型三聚氰胺-甲醛/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法是按下列顺序进行：

(a)将一定量的层状硅酸盐分散到甲醛水溶液中，常温下搅拌1～2小时，即得到浓度为0.5～20wt％甲醛插层的层状硅酸盐甲醛分散液；

(b)将步骤(a)的得到的分散液用碱液调节pH值至7～9，之后加入三聚氰胺粉末，三聚氰胺与甲醛物质的摩尔比为1.0～6.0∶1，升高温度，在70～90℃下反应0.5～2小时后，即得到了剥离型三聚氰胺-甲醛/层状硅酸盐纳米复合材料。

所述层状硅酸盐选自纳米级的天然蒙脱石、钠基蒙脱石、钙基蒙脱石，锂基蒙脱石、酸化蒙脱石、人工合成蒙脱石、累托石、滑石粉以及上述层状硅酸盐的有机改性物中的一种或一种以上的混合物。

所述的碱液为氢氧化钠、氢氧化钾、二乙醇胺或三乙醇胺等的水溶液。