[发明专利]尼龙6/季鏻盐改性蒙脱石纳米复合材料的插层制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种尼龙6/季鏻盐改性蒙脱石纳米复合材料的插层制备方法。

背景技术

插层复合法是制备高性能聚合物基纳米复合材料的一种重要方法，也是当前材料科学领域研究的热点之一。它是将单体插入蒙脱石片层间，进行原位聚合，或聚合物直接插入到蒙脱石片层间，从而破坏蒙脱石的片层结构，形成聚合物纳米复合材料。聚合物与蒙脱石达到纳米水平的复合，大大增加了聚合物与蒙脱石的界面相互作用，使复合材料具有卓越的力学性能。

聚合物/蒙脱石纳米复合材料具有优良的综合性能、重量比常规填充复合物轻以及成本较低等优点，使聚合物/蒙脱石纳米复合材料具有崭新的应用前景。力学性能有望优于纤维增强聚合物体系，因为层状硅酸盐可以在二维方向上起到增强作用，无需特殊的层压处理。比传统的聚合填充体系重量轻，只需少量的填料即可具有很高强度，韧性及阻隔性能，而常规纤维，矿物填充的复合材料需要高得多的填充量，且各项指标还不能兼顾。尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的拉伸强度及模量较纯尼龙6有较大的提高，尤其是热变形温度提高了1倍以上。

为了增加蒙脱石与聚合物之间的相容性，一般需要对蒙脱石进行有机插层改性，改性的作用有两个方面，一方面是插层剂改变蒙脱石片层的极性，降低蒙脱石片层的表面能，把蒙脱石片层间的亲水环境改变为亲油环境，以提高蒙脱石与亲油的聚合物相容性，增加两相间的亲和性；另一方面是通过插层剂进入蒙脱石的片层间，导致蒙脱石的层间距增大，以利于聚合物的分子链插层进入蒙脱石片层间。

常用的有机柱撑剂是含长链烷基的季铵盐，在溶剂中对蒙脱石进行插层改性。但存在的主要问题有：

1. 常用插层改性剂是长链烷基季铵盐，但季铵盐的热分解温度较低，季铵盐改性的蒙脱土与工程塑料熔融共混插层时，会由于季铵盐的分解导致工程塑料变色，从而制约有机蒙脱土在工程塑料中的应用。

2. 蒙脱石的改性方法是有机小分子插层剂通过离子交换方式进入蒙脱土层间，插层剂与蒙脱土片层之间的结合力比较弱，在与尼龙6熔融共混插层加工中，强烈的剪切会使层间一部分插层剂脱出，导致聚合物大分子无法进入到蒙脱土层间形成真正纳米结构的复合材料。蒙脱土会重新聚集成块状大颗粒，难以全面有效地均匀分散，使得尼龙6/蒙脱石纳米复合材料的性能远远低于理论预期值，纳米效应难以体现。

发明内容

本发明的目的是提供一种尼龙6/季鏻盐改性蒙脱石纳米复合材料的插层制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种尼龙6/季鏻盐改性蒙脱石纳米复合材料的插层制备方法，包括以下步骤：

1）将季鏻盐、钠基蒙脱石按照质量比1：3-5的比例加入到水中，在60-100℃下搅拌4-8h；

2）将步骤1）的溶液过滤，得到的固体洗涤，干燥，研磨，过筛，得季鏻盐插层改性蒙脱石；

3）取步骤2）的季鏻盐插层改性蒙脱石与己内酰胺，室温下搅拌均匀，加水和助剂进行己内酰胺的水解聚合反应，反应后，切粒，得尼龙6/蒙脱石纳米复合材料的切片，所述的季鏻盐插层改性蒙脱石与己内酰胺的质量比为1：18-22；

4）将步骤3）中的切片用水萃取。

所述的季鏻盐为十八烷基三丁基季鏻盐。

步骤3）中，所述的助剂为苯甲酸和间苯二甲酸，苯甲酸的质量为己内酰胺的0.1-0.15%，间苯二甲酸的质量为己内酰胺的0.2-0.3%。

步骤3）中，水的质量为己内酰胺的6-8%。

本发明的有益效果是：（1）季鏻盐与常规季铵盐相比，化学性质更加稳定，热稳定性更高，解决了常规季铵盐在尼龙6加工过程中因降解而导致的尼龙6树脂变色、性能下降等问题。

（2）经过原位缩聚插层后，尼龙6与季鏻盐改性蒙脱石形成剥离型纳米复合材料，使得复合材料的力学性能有了较大提升。

附图说明

图1是本发明实施例1的X射线衍射图。

具体实施方式

一种尼龙6/季鏻盐改性蒙脱石纳米复合材料的插层制备方法，包括以下步骤：

1）将季鏻盐、钠基蒙脱石按照质量比1：3-5的比例加入到水中，在60-100℃下搅拌4-8h；

2）将步骤1）的溶液过滤，得到的固体洗涤，干燥，研磨，过筛，得季鏻盐插层改性蒙脱石；