复合填料增强尼龙的制备方法
阅读说明：本技术 复合填料增强尼龙的制备方法 (Preparation method of composite filler reinforced nylon ) 是由 丁玉婕 何大方 史小军 于 2021-01-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及尼龙制备方法领域,尤其是复合填料增强尼龙的制备方法。该制备方法的步骤为：A、钛酸盐用端氨基硅烷偶联剂进行氨基化改性后,用1～2mol/L的酸性溶液调节pH 3～4,超声搅拌制得均匀的钛酸盐分散液；B、将钛酸盐分散液加入氧化石墨烯水溶液,制得石墨烯/钛酸盐复合材料粉体；该发明通过构筑氧化石墨烯包覆钛酸盐结构,借助氧化石墨烯表面丰富的羧基和羟基,使得它能够与尼龙的端基基团形成共价键,从而能够形成连续的网络胶粘点,提高尼龙的稳定性,解决尼龙材料耐热性差以及耐冲击强度低的缺点。(The invention relates to the field of nylon preparation methods, in particular to a preparation method of composite filler reinforced nylon. The preparation method comprises the following steps: A. carrying out amination modification on titanate by using an amino-terminated silane coupling agent, adjusting the pH value to 3-4 by using 1-2 mol/L acid solution, and carrying out ultrasonic stirring to obtain uniform titanate dispersion liquid; B. adding titanate dispersion liquid into a graphene oxide aqueous solution to prepare graphene/titanate composite material powder; according to the invention, by constructing the graphene oxide coated titanate structure and by means of rich carboxyl and hydroxyl on the surface of graphene oxide, the graphene oxide coated titanate structure can form a covalent bond with a terminal group of nylon, so that a continuous network adhesive point can be formed, the stability of nylon is improved, and the defects of poor heat resistance and low impact strength of a nylon material are overcome.)
技术领域
本发明涉及尼龙制备方法领域，尤其是复合填料增强尼龙的制备方法。
背景技术
作为工程塑料中最大最重要的品种，尼龙的强大生命力在于其改性后的高性能化。随着轻量化、小型化进程的加快，汽车、通讯、电子电器等各行业均对产品提出更为严苛的要求。尼龙材料具有良好的综合性能，耐疲劳和刚性强度高，耐热性好，且化学稳定性好，但对温度和湿度敏感性较大，从而导致尼龙材料的尺寸稳定性差，且低温冲击强度低。为了提高尼龙的拉伸强度、冲击强度、模量、耐磨性和尺寸稳定性，常在尼龙基体中加入增强剂。传统的尼龙增强方式通过添加金属粒子、无机填料、碳材料以物理共混的方式提高尼龙的性能。常规的增强填料存在两大缺陷：一方面是通常需要较高的添加量，这就导致尼龙本身的其他性能下降；二是物理混合易使得分布不均，从而出现材料在制作时体系流动性较差且流动不均匀，易产生填料的外露。钛酸盐系列新材料与石墨烯均具有优异的耐磨、力学性能。但是因为两者都较难均匀地分散在有机基体中，这就大大降低了他们的使用性能，从而限制了他们的应用。
发明内容
为了克服现有的尼龙性能较差的不足，本发明提供了复合填料增强尼龙的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合填料增强尼龙的制备方法，该制备方法的步骤为：
A、钛酸盐用端氨基硅烷偶联剂进行氨基化改性后，用1~2mol/L的酸性溶液调节pH3~4，超声搅拌制得均匀的钛酸盐分散液；
B、将钛酸盐分散液加入氧化石墨烯水溶液，制得石墨烯/钛酸盐复合材料粉体；
C、将石墨烯/钛酸盐复合材料粉体与二元胺在水溶液中超声混合，混合完全后进行抽滤，水洗，最后置于真空干燥箱中进行干燥处理，得到羧酸铵盐；
D、将戊二酸与己二酸溶解在水溶液中，反应得到盐溶液置于高压反应釜中，反应温度为230-250℃，反应压力1.5-3.5Mpa；反应1-2小时后得到尼龙材料的预聚体；
将干燥后的羧酸铵盐与尼龙材料的预聚体在高压反应釜中缩聚，缩聚完成后压出并干燥，得到尼龙树脂。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述尼龙的各组分重量配比为：钛酸盐分散液1份、氧化石墨烯水溶液0.1-0.2份、二元胺2-3份、二元酸3-6份。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述二元胺为戊二胺、己二胺中的至少一种。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述二元酸为己二酸、乙二酸、丁二酸、癸二酸、十二碳二酸中的至少一种。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述钛酸盐为钛酸钾、钛酸铁钠、钛酸钾镁的任意一种。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括步骤C中，所述超声混合的温度为40-60℃。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括步骤C中，所述石墨烯/钛酸盐复合材料粉体与二元胺在水溶液中超声混合得到的浓度为30wt%-50wt%。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括步骤D中，所述羧酸铵盐与尼龙材料的预聚体所在的高压反应釜中分两部分温区：前温区0.5~1h控制反应温度在230~250℃，反应釜内的压力在1~3MPa；后温区2~3h反应釜泄压至常压，同时温度逐渐上升至280℃。
本发明的有益效果是，该发明通过构筑氧化石墨烯包覆钛酸盐结构，借助氧化石墨烯表面丰富的羧基和羟基，使得它能够与尼龙的端基基团形成共价键，从而能够形成连续的网络胶粘点，提高尼龙的稳定性，解决尼龙材料耐热性差以及耐冲击强度低的缺点。
具体实施方式
一种复合填料增强尼龙的制备方法，该制备方法的步骤为：
A、钛酸盐用端氨基硅烷偶联剂进行氨基化改性后，用1~2mol/L的酸性溶液调节pH3~4，超声搅拌制得均匀的钛酸盐分散液；
B、将钛酸盐分散液加入氧化石墨烯水溶液，制得石墨烯/钛酸盐复合材料粉体；
C、将石墨烯/钛酸盐复合材料粉体与二元胺在水溶液中超声混合，混合完全后进行抽滤，水洗，最后置于真空干燥箱中进行干燥处理，得到羧酸铵盐；
D、将戊二酸与己二酸溶解在水溶液中，反应得到盐溶液置于高压反应釜中，反应温度为230-250℃，反应压力1.5-3.5Mpa；反应1-2小时后得到尼龙材料的预聚体；
将干燥后的羧酸铵盐与尼龙材料的预聚体在高压反应釜中缩聚，缩聚完成后压出并干燥，得到尼龙树脂。
尼龙的各组分重量配比为：钛酸盐分散液1份、氧化石墨烯水溶液0.1-0.2份、二元胺2-3份、二元酸3-6份。二元胺为戊二胺、己二胺中的至少一种。二元酸为己二酸、乙二酸、丁二酸、癸二酸、十二碳二酸中的至少一种。钛酸盐为钛酸钾、钛酸铁钠、钛酸钾镁的任意一种。步骤C中，所述超声混合的温度为40-60℃。步骤C中，所述石墨烯/钛酸盐复合材料粉体与二元胺在水溶液中超声混合得到的浓度为30wt%-50wt%。步骤D中，所述羧酸铵盐与尼龙材料的预聚体所在的高压反应釜中分两部分温区：前温区0.5~1h控制反应温度在230~250℃，反应釜内的压力在1~3MPa；后温区2~3h反应釜泄压至常压，同时温度逐渐上升至280℃。
实施例1：
A、将5g钛酸盐用0.0125g端氨基硅烷偶联剂进行氨基化改性后，用1mol/L的酸性溶液调节pH 3~4，超声搅拌制得均匀的钛酸盐分散液；
B、将5g钛酸盐分散液加入0.5g氧化石墨烯水溶液，制得石墨烯/钛酸盐复合材料粉体；
C、将5g石墨烯/钛酸盐复合材料粉体与1g戊二胺在水溶液中超声混合，混合完全后
进行抽滤，水洗，最后置于真空干燥箱中进行干燥处理，得到羧酸铵盐；超声混合的温度为30℃，
D、10g戊二胺与14.3g己二酸溶解在水溶液中，反应得到盐溶液置于高压反应釜中，反应温度为240℃，反应压力2.5Mpa；反应1.5小时后得到尼龙材料的预聚体。将干燥后的5g羧酸铵盐与200g尼龙材料的预聚体在高压反应釜中缩聚，缩聚完成后压出并干燥，得到尼龙树脂。羧酸铵盐与尼龙材料的预聚体所在的高压反应釜的前温区0.5h控制反应温度在230℃，反应釜内的压力在1MPa；后温区2.5h反应釜泄压至常压，同时温度逐渐上升至280℃。
经测试，实施例1制备的尼龙的拉伸强度为83Mpa，弯曲强度为92Mpa，压缩强度为125Mpa。
实施例2：
A、将5g钛酸镁用0.025g端氨基硅烷偶联剂进行氨基化改性后，用1mol/L的酸性溶液调节pH 3~4，超声搅拌制得均匀的钛酸盐分散液；
B、将5g钛酸盐分散液加入0.5g氧化石墨烯水溶液，制得石墨烯/钛酸盐复合材料粉体；
C、将5g石墨烯/钛酸盐复合材料粉体与1.2g戊二胺在水溶液中超声混合，混合完全
后进行抽滤，水洗，最后置于真空干燥箱中进行干燥处理，得到羧酸铵盐；超声混合的温度为30℃，
D、15g戊二胺与21.45g己二酸溶解在水溶液中，反应得到盐溶液置于高压反应釜中，反应温度为240℃，反应压力3Mpa；反应1.5小时后得到尼龙材料的预聚体。将干燥后的5g羧酸铵盐与250g尼龙材料的预聚体在高压反应釜中缩聚，缩聚完成后压出并干燥，得到尼龙树脂。羧酸铵盐与尼龙材料的预聚体所在的高压反应釜的前温区0.5h控制反应温度在230℃，反应釜内的压力在1MPa；后温区2.5h反应釜泄压至常压，同时温度逐渐上升至280℃。
经测试，实施例2制备的尼龙的拉伸强度为85Mpa，弯曲强度为92Mpa，压缩强度为132Mpa。
实施例3：
A、将5g钛酸铁钠用0.025g端氨基硅烷偶联剂进行氨基化改性后，用1mol/L的酸性溶液调节pH 3~4，超声搅拌制得均匀的钛酸盐分散液；
B、将5g钛酸盐分散液加入0.5g氧化石墨烯水溶液，制得石墨烯/钛酸盐复合材料粉体；
C、将5g石墨烯/钛酸盐复合材料粉体与1.5g己二胺在水溶液中超声混合，混合完全
后进行抽滤，水洗，最后置于真空干燥箱中进行干燥处理，得到羧酸铵盐；超声混合的温度为50℃；
D、23g己二胺与28.6g己二酸溶解在水溶液中，反应得到盐溶液置于高压反应釜中，反应温度为230℃，反应压力1.8Mpa；反应1.5小时后得到尼龙材料的预聚体。将干燥后的5g羧酸铵盐与300g尼龙材料的预聚体在高压反应釜中缩聚，缩聚完成后压出并干燥，得到尼龙树脂。羧酸铵盐与尼龙材料的预聚体所在的高压反应釜的前温区1h控制反应温度在250℃，反应釜内的压力在1MPa；后温区2.5h反应釜泄压至常压，同时温度逐渐上升至280℃。
经测试，实施例3制备的尼龙的拉伸强度为82Mpa，弯曲强度为86Mpa，压缩强度为118Mpa。
实施例4：
A、将5g钛酸钾镁用0.0175g端氨基硅烷偶联剂进行氨基化改性后，用1mol/L的酸性溶液调节pH 3~4，超声搅拌制得均匀的钛酸盐分散液；
B、将5g钛酸盐分散液加入0.5g氧化石墨烯水溶液，制得石墨烯/钛酸盐复合材料粉体；
C、将5g石墨烯/钛酸盐复合材料粉体与1.8g己二胺在水溶液中超声混合，混合完全
后进行抽滤，水洗，最后置于真空干燥箱中进行干燥处理，得到羧酸铵盐；超声混合的温度为50℃；
D、28g己二胺与35.75g己二酸溶解在水溶液中，反应得到盐溶液置于高压反应釜中，反应温度为230℃，反应压力2Mpa；反应1.5小时后得到尼龙材料的预聚体。将干燥后的5g羧酸铵盐与350g尼龙材料的预聚体在高压反应釜中缩聚，缩聚完成后压出并干燥，得到尼龙树脂。羧酸铵盐与尼龙材料的预聚体所在的高压反应釜的前温区1h控制反应温度在250℃，反应釜内的压力在1MPa；后温区2.5h反应釜泄压至常压，同时温度逐渐上升至280℃。
经测试，实施例4制备的尼龙的拉伸强度为87Mpa，弯曲强度为93Mpa，压缩强度为128Mpa。
实施例5：
A、将5g钛酸钾镁用0.0175g端氨基硅烷偶联剂进行氨基化改性后，用1mol/L的酸性溶液调节pH 3~4，超声搅拌制得均匀的钛酸盐分散液；
B、将5g钛酸盐分散液加入0.5g氧化石墨烯水溶液，制得石墨烯/钛酸盐复合材料粉体；
C、将5g石墨烯/钛酸盐复合材料粉体与2g己二胺在水溶液中超声混合，混合完全
后进行抽滤，水洗，最后置于真空干燥箱中进行干燥处理，得到羧酸铵盐；超声混合的温度为50℃；
D、34g己二胺与42.9g己二酸溶解在水溶液中，反应得到盐溶液置于高压反应釜中，反应温度为230℃，反应压力2.2Mpa；反应1.5小时后得到尼龙材料的预聚体。将干燥后的5g羧酸铵盐与400g尼龙材料的预聚体在高压反应釜中缩聚，缩聚完成后压出并干燥，得到尼龙树脂。羧酸铵盐与尼龙材料的预聚体所在的高压反应釜的前温区1h控制反应温度在250℃，反应釜内的压力在1MPa；后温区2.5h反应釜泄压至常压，同时温度逐渐上升至280℃。
经测试，实施例5制备的尼龙的拉伸强度为86Mpa，弯曲强度为98Mpa，压缩强度为132Mpa。
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