一种浇铸尼龙6的纳米复合材料及其制备方法

1.一种浇铸尼龙6纳米复合材料，其特征在于：包括以下重量份的组分：
所述的纳米麦饭石粉为白色或灰白色粉末，粒径为50～90nm，比表面积为25～75m2/g；
所述的浇铸尼龙6纳米复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融；
(2)对所述己内酰胺进行真空脱水；
(3)取5～35重量份的纳米麦饭石粉，置于硅烷偶联剂溶液中进行表面处理15～35min；
(4)氮气氛围保护下在己内酰胺中加入步骤(3)中表面处理后的纳米麦饭石粉，超声分散制备纳米麦饭石粉悬浊液；
(5)加入0.3～1.5重量份的催化剂，真空脱水；
(6)在步骤(5)制备的溶液中加入0.2～1.5重量份的引发剂，混合均匀后迅速注入预热到130～170℃的模具中，保温聚合15～30min后室温下冷却脱模，即制得浇铸尼龙6纳米复合材料；
所述的步骤(3)中的硅烷偶联剂溶液为KH550的甲醇或乙醇溶液，质量浓度为15～
35％。
2.根据权利要求1所述的浇铸尼龙6纳米复合材料，其特征在于：所述的己内酰胺为工业级己内酰胺。
3.根据权利要求1所述的浇铸尼龙6纳米复合材料，其特征在于：所述的催化剂选自氢氧化钠或甲醇钠。
4.根据权利要求1所述的浇铸尼龙6纳米复合材料，其特征在于：所述的引发剂选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的浇铸尼龙6纳米复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融；
(2)对所述己内酰胺进行真空脱水；
(3)取5～35重量份的纳米麦饭石粉，置于硅烷偶联剂溶液中进行表面处理15～35min；
(4)氮气氛围保护下在己内酰胺中加入步骤(3)中表面处理后的纳米麦饭石粉，超声分散制备纳米麦饭石粉悬浊液；
(5)加入0.3～1.5重量份的催化剂，真空脱水；
(6)在步骤(5)制备的溶液中加入0.2～1.5重量份的引发剂，混合均匀后迅速注入预热到130～170℃的模具中，保温聚合15～30min后室温下冷却脱模，即制得浇铸尼龙6纳米复合材料；
所述的步骤(3)中的硅烷偶联剂溶液为KH550的甲醇或乙醇溶液，质量浓度为15～
35％。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中的真空脱水为120～
155℃进行真空脱水15～35min。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(4)中纳米麦饭石粉悬浊液经频率为50～80KHz、时间为10～30min的超声分散制得。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(5)中真空脱水为在130～
160℃下真空脱水25～40min。

一种浇铸尼龙6的纳米复合材料及其制备方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于浇铸尼龙改性技术领域，涉及一种浇铸尼龙6纳米复合材料及其制备方法。\n背景技术\n[0002] 浇铸尼龙6简称MCPA6，是一种利用阴离子聚合方法制备的尼龙6，在石油化工、国防工业、机械和纺织等工业领域应用广泛，是一种重要的工程塑料。\n[0003] 但随着应用范围的扩大和行业内对材料各项指标的提高，使得MCPA6在机械强度和抗菌性等性能有待提高。为了提高浇铸尼龙6的机械特性，通常选用滑石粉或碳酸钙为填料，但此种方法性能提高幅度较低，成本较高，同时无法满足某些应用条件下的抗菌需求。\n[0004] 纳米麦饭石粉是一种无毒无害，并且具有生物活性的复合矿物，表观为白色或灰白色粉末，粒径50nm 90nm，比表面积为25m2/g 75m2/g。麦饭石粉具有多孔结构，在己内酰胺~ ~\n的阴离子原位聚合过程中可以镶嵌在分子链中，宏观表现为大幅提高材料的机械性能。此外纳米麦饭石粉末对色素和细菌有较强的吸附能力，可以使改性后的浇铸尼龙6具有较好的抗菌性。本发明制备的浇铸尼龙6纳米复合材料具有高强度、抗菌等特点，可应用于水质净化、种植业和养殖业等领域。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的在于为克服现有技术中的缺陷而提供一种浇铸尼龙6纳米复合材料及其制备方法。本发明在己内酰胺的原位聚合过程中引入纳米麦饭石粉，制备了高强度、抗菌浇铸尼龙6纳米复合材料，较传统的填充滑石粉或碳酸钙相比，具有机械强度提升幅度大、具有环境友好性和抗菌等特性，同时降低了生产成本。\n[0006] 为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：\n[0007] 一种浇铸尼龙6纳米复合材料，由包括以下重量份的组分制成：\n[0008] 己内酰胺     100份，\n[0009] 纳米麦饭石   5 35份，\n~\n[0010] 催化剂       0.3 1.5份，\n~\n[0011] 引发剂    0.2 1.5份；\n~\n[0012] 所述的己内酰胺为工业级己内酰胺。\n[0013] 所述的纳米麦饭石粉为白色或灰白色粉末，粒径50nm 90nm，比表面积为25m2/g~ ~\n2\n75m/g。\n[0014] 所述的催化剂为氢氧化钠或甲醇钠。\n[0015] 所述的引发剂为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯。\n[0016] 一种上述浇铸尼龙6纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：\n[0017] （1）称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融；\n[0018] （2）对上述己内酰胺对上述己内酰胺进行真空脱水；\n[0019] （3）取5 35重量份的纳米麦饭石粉，置于硅烷偶联剂溶液中进行表面处理15~ ~\n35min；\n[0020] （4）氮气氛围保护下在己内酰胺中加入上述步骤（3）中表面处理后的纳米麦饭石粉，超声分散制备纳米麦饭石粉悬浊液；\n[0021] （5）加入0.3 1.5重量份的碱性催化剂，130 160℃下真空脱水25 40min；\n~ ~ ~\n[0022] （6）在上述制备的溶液中加入0.2 1.5重量份的引发剂，混合均匀后迅速注入预热~\n到130 170℃的模具中，保温聚合15 30min后室温下冷却脱模，即制得浇铸尼龙6复合材料。\n~ ~\n[0023] 所述的步骤（2）中的己内酰胺经120 155℃进行真空脱水15 35min。\n~ ~\n[0024] 所述的步骤（3）中的硅烷偶联剂溶液为KH550甲醇或乙醇溶液，质量浓度为15%~\n35%的溶液。\n[0025] 所述的步骤（4）中纳米麦饭石粉悬浊液经频率50 80KHz、10 30min超声分散制得。\n~ ~\n[0026] 所述的步骤（5）中真空脱水为在130 160℃下真空脱水25 40min。\n~ ~\n[0027] 本发明创新性的采用常用于水质净化、陶瓷和保健领域的具有多孔结构的纳米麦饭石粉改性浇铸尼龙6，利用阴离子原位聚合制备了纳米麦饭石填充的高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料，属于浇铸尼龙改性领域。本发明大幅提高了浇铸尼龙6拉伸强度和抗菌性；操作工艺简单，所制备复合材料性能优越，适于工业化生产。\n[0028] 具体实施方法\n[0029] 下面结合具体实施例进一步说明本发明。\n[0030] 下列各实施例和对比例中制备的样品在23℃、50%湿度下调节24小时后，分别采用ASTMD638和Kindy-Bauer法检测拉伸强度和抗菌性。\n[0031] 实施例1\n[0032] （1）称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融；\n[0033] （2）对上述己内酰胺在120℃进行真空脱水35min；\n[0034] （3）取5重量份的纳米麦饭石粉，置于35%KH550的甲醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理15min；\n[0035] （4）氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在50KHz条件下经\n30min制备为纳米麦饭石粉悬浊液；\n[0036] （5）加入1.5重量份的氢氧化钠，130℃下真空脱水40min；\n[0037] （6）在上述制备的溶液中加入0.2重量份的甲苯二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到170℃的模具中，保温聚合15min后室温下冷却脱模，即制得高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料。\n[0038] 所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。\n[0039] 实施例2\n[0040] （1）称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融；\n[0041] （2）对上述己内酰胺在120℃进行真空脱水33min；\n[0042] （3）取10重量份的纳米麦饭石粉，置于32%KH550的甲醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理15min；\n[0043] （4）氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在50KHz条件下经\n30min制备为纳米麦饭石粉悬浊液；\n[0044] （5）加入1.0重量份的氢氧化钠，130℃下真空脱水39min；\n[0045] （6）在上述制备的溶液中加入0.2重量份的甲苯二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到165℃的模具中，保温聚合15min后室温下冷却脱模，即制得高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料。\n[0046] 所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。\n[0047] 实施例3\n[0048] （1）称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融；\n[0049] （2）对上述己内酰胺在125℃进行真空脱水33min；\n[0050] （3）取15重量份的纳米麦饭石粉，置于32%KH550的甲醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理18min；\n[0051] （4）氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在55KHz条件下经\n25min制备为纳米麦饭石粉悬浊液；\n[0052] （5）加入0.8重量份的氢氧化钠，135℃下真空脱水39min；\n[0053] （6）在上述制备的溶液中加入0.4重量份的甲苯二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到165℃的模具中，保温聚合18min后室温下冷却脱模，即制得高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料。\n[0054] 所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。\n[0055] 实施例4\n[0056] （1）称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融；\n[0057] （2）对上述己内酰胺在125℃进行真空脱水30min；\n[0058] （3）取15重量份的纳米麦饭石粉，置于30%KH550的甲醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理18min；\n[0059] （4）氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在55KHz条件下经\n25min制备为纳米麦饭石粉悬浊液；\n[0060] （5）加入0.7重量份的氢氧化钠，135℃下真空脱水34min；\n[0061] （6）在上述制备的溶液中加入0.4重量份的甲苯二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到160℃的模具中，保温聚合18min后室温下冷却脱模，即制得高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料。\n[0062] 所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。\n[0063] 实施例5\n[0064] （1）称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融；\n[0065] （2）对上述己内酰胺在130℃进行真空脱水30min；\n[0066] （3）取20重量份的纳米麦饭石粉，置于30%KH550的甲醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理20min；\n[0067] （4）氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在60KHz条件下经\n20min制备为纳米麦饭石粉悬浊液；\n[0068] （5）加入0.7重量份的氢氧化钠，160℃下真空脱水34min；\n[0069] （6）在上述制备的溶液中加入0.6重量份的二苯基甲烷二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到150℃的模具中，保温聚合20min后室温下冷却脱模，即制得高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料。\n[0070] 所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。\n[0071] 实施例6\n[0072] （1）称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融；\n[0073] （2）对上述己内酰胺在130℃进行真空脱水25min；\n[0074] （3）取20重量份的纳米麦饭石粉，置于25%KH550的甲醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理20min；\n[0075] （4）氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在60KHz条件下经\n20min制备为纳米麦饭石粉悬浊液；\n[0076] （5）加入0.6重量份的氢氧化钠，140℃下真空脱水32min；\n[0077] （6）在上述制备的溶液中加入0.6重量份的二苯基甲烷二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到155℃的模具中，保温聚合20min后室温下冷却脱模，即制得高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料。\n[0078] 所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。\n[0079] 实施例7\n[0080] （1）称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融；\n[0081] （2）对上述己内酰胺在135℃进行真空脱水25min；\n[0082] （3）取25重量份的纳米麦饭石粉，置于25%KH550的乙醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理25min；\n[0083] （4）氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在70KHz条件下经\n18min制备为纳米麦饭石粉悬浊液；\n[0084] （5）加入0.6重量份的甲醇钠，145℃下真空脱水32min；\n[0085] （6）在上述制备的溶液中加入0.8重量份的二苯基甲烷二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到155℃的模具中，保温聚合25min后室温下冷却脱模，即制得高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料。\n[0086] 所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。\n[0087] 实施例8\n[0088] （1）称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融；\n[0089] （2）对上述己内酰胺在135℃进行真空脱水20min；\n[0090] （3）取25重量份的纳米麦饭石粉，置于20%KH550的乙醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理25min；\n[0091] （4）氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在70KHz条件下经\n18min制备为纳米麦饭石粉悬浊液；\n[0092] （5）加入0.5重量份的甲醇钠，145℃下真空脱水30min；\n[0093] （6）在上述制备的溶液中加入0.8重量份的二苯基甲烷二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到150℃的模具中，保温聚合25min后室温下冷却脱模，即制得高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料。\n[0094] 所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。\n[0095] 实施例9\n[0096] （1）称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融；\n[0097] （2）对上述己内酰胺在140℃进行真空脱水20min；\n[0098] （3）取28重量份的纳米麦饭石粉，置于20%KH550的乙醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理30min；\n[0099] （4）氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在75KHz条件下经\n15min制备为纳米麦饭石粉悬浊液；\n[0100] （5）加入0.5重量份的甲醇钠，150℃下真空脱水30min；\n[0101] （6）在上述制备的溶液中加入0.9重量份的六亚甲基二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到150℃的模具中，保温聚合27min后室温下冷却脱模，即制得高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料。\n[0102] 所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。\n[0103] 实施例10\n[0104] （1）称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融；\n[0105] （2）对上述己内酰胺在140℃进行真空脱水17min；\n[0106] （3）取28重量份的纳米麦饭石粉，置于18%KH550的乙醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理30min；\n[0107] （4）氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在75KHz条件下经\n15min制备为纳米麦饭石粉悬浊液；\n[0108] （5）加入0.4重量份的甲醇钠，150℃下真空脱水27min；\n[0109] （6）在上述制备的溶液中加入0.9重量份的六亚甲基二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到145℃的模具中，保温聚合27min后室温下冷却脱模，即制得高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料。\n[0110] 所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。\n[0111] 实施例11\n[0112] （1）称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融；\n[0113] （2）对上述己内酰胺在150℃进行真空脱水17min；\n[0114] （3）取30重量份的纳米麦饭石粉，置于18%KH550的乙醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理35min；\n[0115] （4）氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在80KHz条件下经\n10min制备为纳米麦饭石粉悬浊液；\n[0116] （5）加入0.4重量份的甲醇钠，160℃下真空脱水27min；\n[0117] （6）在上述制备的溶液中加入1.2重量份的六亚甲基二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到135℃的模具中，保温聚合30min后室温下冷却脱模，即制得高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料。\n[0118] 所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。\n[0119] 实施例12\n[0120] （1）称取100重量份的己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融；\n[0121] （2）对上述己内酰胺在155℃进行真空脱水15min；\n[0122] （3）取35重量份的纳米麦饭石粉，置于15%KH550的乙醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理35min；\n[0123] （4）氮气氛围保护下加入上述表面处理后的纳米麦饭石粉，在80KHz条件下经\n10min制备为纳米麦饭石粉悬浊液；\n[0124] （5）加入0.3重量份甲醇钠，160℃下真空脱水25min；\n[0125] （6）在上述制备的溶液中加入1.5重量份的六亚甲基二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到130℃的模具中，保温聚合30min后室温下冷却脱模，即制得高强度、抗菌浇铸尼龙6复合材料。\n[0126] 所制得的浇铸尼龙6纳米复合材料性能见表1。\n[0127] 对比例1\n[0128] （1）称取100重量份己内酰胺置于反应容器中，在氮气氛围保护下加热至熔融；\n[0129] （2）对上述己内酰胺在130℃进行真空脱水30min；\n[0130] （3）加入0.4重量份的催化剂氢氧化钠，135℃进行真空脱水30min；\n[0131] （4）在上述制备的溶液中加入0.3重量份的引发剂甲苯二异氰酸酯，混合均匀后迅速注入预热到160℃的模具中，保温聚合20min后室温下冷却脱模，即制得浇铸尼龙6材料。\n[0132] 所制得的浇铸尼龙6材料性能见表1。\n[0133] 表1\n[0134]\n性能 拉伸强度（MPa） 抑菌环（大肠杆菌/mm）\n对比例1 75.0 0\n实施例1 106.9 39.2\n实施例2 108.1 40.8\n实施例3 109.3 41.3\n实施例4 110.8 42.6\n实施例5 109.1 48.2\n实施例6 110.5 49.5\n实施例7 111.7 50.8\n实施例8 113.2 51.4\n实施例9 112.9 42.8\n实施例10 113.5 43.2\n实施例11 114.8 44.9\n实施例12 113.3 45.5\n[0135] 通过本方法改性浇铸尼龙6的过程中，与简单共混的对照实例相比，本发明所采用方法制备的浇铸尼龙具有较高的拉伸强度和抗菌性；本发明操作工艺简单，所制备复合材料性能优越，适于工业化生产。\n[0136] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。