[发明专利]一种透明聚酰胺基纳米复合材料及其合成方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种透明聚酰胺基纳米复合材料及其合成方法。

背景技术

聚酰胺(PA)是分子链上含有重复酰胺基团(-CONH-)的树脂的总称，俗称为尼龙，，是世界上五大通用工程塑料中品种最多、产量最多和用途最广的品种。透明尼龙是尼龙家族中不可或缺的一支，它是一种无定形或微晶的尼龙，与其他透明塑料相比，其透明度优于聚碳酸酯(PC)，接近于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。此外，它还具有良好的热稳定性、冲击性能、电绝缘性、尺寸稳定性、耐老化性以及线膨胀系数小、成品收缩率低、无毒、无臭等性能，广泛应用于汽车、电子电气、机械、光学、体育等领域。

透明尼龙最早于1966年由德国的诺贝尔炸药公司(DynamitNobel)研制成功并实现工业化，随后日本、美国、瑞士、法国等国家也相继进行了研制和生产，目前已有多个品种的透明尼龙研究开发成功并实现了工业化。专利DE4310970、US20120142810A1、CN103589151A和CN103483581A等都描述了透明聚酰胺的合成方法。通过已公布的合成透明聚酰胺的技术可知，为了提高其透明性往往在透明聚酰胺分子链中引入脂环，脂环的引入大大降低聚酰胺链段的规整性，从而消弱了结晶能力，使材料形成微晶或者呈无定形态，但这就无法避免的牺牲了透明聚酰胺的力学性能，导致其应用有所限制。通过在聚酰胺基材中加入价格低廉的填料，经共混挤出得到增强聚酰胺。透明聚酰胺的最在特性在于其透明度，而常用的填充材料使用在透明聚酰胺上时会明显的降低其透明度，本发明选用的纳米粒子属于层状物质，在水中经过充分乳化后，与透明聚酰胺单体进行原位聚合反应时，不会影响聚合过程和产物的透明性，但力学强度较之单一的透明聚酰胺却有很大的提高。因此通过改变层状纳米粒子与透明聚酰胺单体的相对含量，便能在一定范围内实现优化产物性能的目的。

透明聚酰胺是一种无定形或微晶的尼龙，其强度较低但抗冲击性能较好，层状纳米粒子的加入对透明聚酰胺起到了增强作用，使得材料的力学强度有所提高，同时由于层状硅酸盐物质的加入不会本质上改变透明聚酰胺的结晶行为，使得产物具有透明、折光指数和力学性能可调控的特点。专利CN104250376A采用层状硅酸盐物质已成功的提高了透明聚酰胺的力学性能，同时透明聚酰胺的透光率可达到80％，但其选用的无机填料中未包含本发明涉及到的任何一种纳米粒子。

现有的合成透明聚酰胺的技术中为了提高其透明性，往往在透明聚酰胺分子链中引入脂环，脂环的引入大大降低聚酰胺链段的规整性，从而消弱了结晶能力，使材料形成微晶或者呈无定形态，但这就无法避免的牺牲了透明聚酰胺的力学性能，导致其应用有所限制。众所周知，填充材料可以增强聚酰胺，提高其力学性能。而常用的填充材料使用在透明聚酰胺上时会明显的降低其透明度，本发明选用的纳米粒子属于层状物质，在水中经过充分乳化后，与透明聚酰胺单体进行原位聚合反应时，不会影响聚合过程和产物的透明性，但力学强度较之单一的透明聚酰胺却有很大的提高。因此通过改变层状纳米粒子与透明聚酰胺单体的相对含量，便能在一定范围内实现优化产物性能的目的。

发明内容

本发明旨在提供一种力学性能好、透明度高的透明聚酰胺基纳米复合材料及其合成方法。

一种透明聚酰胺基纳米复合材料及其合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按设计比例称取纳米粒子、分散剂和去离子水至于反应釜中，开启搅拌，强力搅拌1～3小时后即可得到纳米粒子分散液；(2)将芳香族二元酸单体、脂肪族二元酸单体、脂环族二元胺单体、多胺单体以及必需的助剂按一定比例依次加入纳米粒子分散液中，置换气体后在保护气体的保护下分阶段升温至200～220℃，恒温恒压0.5～3小时，然后继续加热升温至250～300℃，控制压力在1.5～3MPa，保压恒温反应1～5小时，之后缓慢放气，在1～3小时内放气至常压，然后抽真空0.5～3小时，反应结束、打压、出料。

所述的纳米粒子为锂藻土、蒙脱土、长石粉、滑石粉、云母粉和蛭石中的一种或一种以上，加入量为1wt％～30wt％。

所述的芳香族单体为间苯二甲酸、对苯二甲酸和萘二酸中的一种或一种以上，优选间苯二甲酸和对苯二甲酸。

所述的脂肪族二元酸单体为戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、十三烷二酸、十四烷二酸、十五烷二酸、十六烷二酸、十七烷二酸、十八烷二酸、十九烷二酸、二十烷二酸、二十一烷二酸中的一种或一种以上，优选癸二酸和十二烷二元酸。