CN101225228A - 玻璃纤维、弹性体和无机纳米微粒协同改性尼龙及其制备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种玻璃纤维、弹性体和无机纳米微粒协同改性尼龙及其制备,该改性尼龙是由尼龙6、玻璃纤维、弹性体和用硅烷偶联剂改性的无机纳米微粒为原料经熔融共混制备所得;制备:(1)用硅烷偶联剂将无机纳米微粒进行表面改性;(2)将尼龙和玻璃纤维熔融共混挤出造粒;(3)将尼龙和玻璃纤维熔融共混所得颗粒、弹性体和用硅烷偶联剂改性的无机纳米微粒共混制得改性尼龙。本发明有效地改善了玻璃纤维、弹性体和尼龙混合的均匀性,提高了多元复合体系的分散性和稳定性,因而能同时实现增强增韧的目的,熔融共混工艺简便易行,有利于工业上实际应用。
Description
技术领域
本发明属高分子纳米复合材料领域,特别是涉及一种玻璃纤维、弹性体和无机纳米微粒协同改性尼龙及其制备方法。
背景技术
尼龙具有力学强度高、熔点高、耐磨、耐油等优点,被广泛用于汽车、机电、电子、纺织、家电等领域。随着应用领域的不断拓展,对它的韧性提出了更高的要求。通常的增韧方法是加入增韧剂如PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)等非极性聚合物,这类非极性聚合物能有效降低尼龙的吸水性,从而达到增韧的目的,但这往往使尼龙的强度降低幅度较大。因此开发能同时增强增韧的尼龙十分重要。玻璃纤维的强度和杨氏模量比尼龙6大10~20倍,玻璃纤维与尼龙6复合强度高有可能代替金属使用。中国专利“一种玻璃纤维增强材料的制备方法”(申请号:200310112780.0)公开了玻璃纤维增强尼龙6具有优良的力学强度和较好的成型加工性的研究成果,同时也发现采用增韧剂POE改性的尼龙6能满足摩托车头盔的韧性要求。
近年来,聚合物基有机/无机纳米复合材料已引起人们的广泛关注。与传统的聚合物增强增韧改性方法相比,纳米材料能较全面地改善聚合物的综合性能,但是要达到好的改性效果必须使无机纳米微粒在聚合物中分散良好。
目前增强尼龙或者增韧尼龙的研究已取得了一定成果,但是同时达到较好的增强增韧效果的改性尼龙的研究报道较少。
发明内容
本发明的目的是提供一种玻璃纤维、弹性体和无机纳米微粒协同改性尼龙及其制备,采用玻璃纤维、弹性体、用硅烷偶联剂改性的无机纳米微粒来多元协同改性尼龙,可以同时实现增强增韧的目的,满足不同领域应用的需要。
本发明的一种玻璃纤维、弹性体和无机纳米微粒协同改性尼龙,是由尼龙6、玻璃纤维、弹性体和用硅烷偶联剂改性的无机纳米微粒为原料经熔融共混制备,其各原料的组成(质量份数)为45~60份尼龙6、玻璃纤维15~20份、弹性体10~30份、用硅烷偶联剂改性的无机纳米微粒2~20份。
所述弹性体选自乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、乙烯-α烯烃聚合物、它们(乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、乙烯-α烯烃聚合物)的马来酸酐接枝产物中的一种或几种混合物;
所述无机纳米微粒选自纳米CaCO3、纳米SiO2、纳米Al2O3中的一种或几种混合物;
所述硅烷偶联剂选自四甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种混合物。
本发明的玻璃纤维、弹性体和无机纳米微粒协同改性尼龙的制备方法,是以两步熔融共混法制备改性尼龙的工艺,具体步骤如下:
(1)用硅烷偶联剂将无机纳米微粒进行表面改性,将无机纳米微粒和硅烷偶联剂按照1∶1~3∶1的摩尔比加入三颈瓶中,经超声分散10min~30min后,加入乙醇和水,在60~80℃的水浴中搅拌1~2h,再用氨水调节pH值到8.5~9.5,冷却、过滤、洗涤、100~120℃干燥后,得到用硅烷偶联剂改性的无机纳米微粒;
(2)第一步熔融共混
将尼龙和玻璃纤维熔融共混挤出造粒,共混温度220~260℃,共混压力为0.1~1.0Mpa;
(3)第二步熔融共混
将第一步所得颗粒、弹性体和用硅烷偶联剂改性的无机纳米微粒共混,共混温度210~240℃,共混压力为0.1~1.0Mpa,共混时间为5~15min,制得改性尼龙。
本发明的有益效果:
(1)由于采用硅烷偶联剂对无机纳米微粒进行表面改性,较好地解决了无机纳米微粒易团聚的问题,提高了无机纳米微粒在聚合物基体中的分散性能,同时硅烷偶联剂的亲水基团与无机纳米微粒相连,亲油基团与聚合物基体相容,有效地提高了无机纳米微粒和聚合物基体的相容性;
(2)采用两步熔融共混工艺,有效地改善了玻璃纤维、弹性体和尼龙混合的均匀性,提高了多元复合体系的分散性和稳定性,因而能同时实现增强增韧的目的,熔融共混工艺简便易行,有利于工业上实际应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
1)、将纳米CaCO3和N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷按照1∶1的摩尔比加入三颈瓶中,经超声分散10min后,加入乙醇和水,在80℃的水浴中搅拌2h,再用氨水调节pH值为9.0,冷却、过滤、洗涤、120℃干燥后,得到用硅烷偶联剂改性的纳米CaCO3;
2)、各原料的组成(质量份数)为:60份尼龙6、玻璃纤维20份、三元乙丙橡胶弹性体(EPDM)15份、用N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性的纳米CaCO35份;
3)、第一步共混,将尼龙和玻璃纤维熔融共混挤出造粒,共混温度220~260℃,压力为0.1~1.0Mpa;
4)、第二步共混,将步骤3)中制得的样品、弹性体和用N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性的纳米CaCO3熔融共混,共混温度210~240℃,压力为0.1~1.0Mpa,共混时间9min,取出样品在240~250℃,1.0~2.5Mpa下压片,静态保压5~10min,制得改性尼龙。
实施例2
本实施例中,各原料的组成(质量份数)为:60份尼龙6、玻璃纤维20份、EPDM10份、用硅烷偶联剂改性的纳米CaCO310份,其它如同实施例1。
实施例3
本实施例中,各原料的组成(质量份数)为:60份尼龙6、玻璃纤维20份、三元乙丙橡胶接枝马来酸酐弹性体(EPDM-g-MAH)15份、用硅烷偶联剂改性的纳米CaCO35份,其它如同实施例1。
实施例4
本实施例中,各原料的组成(质量份数)为:60份尼龙6、玻璃纤维20份、EPDM-g-MAH10份、用硅烷偶联剂改性的纳米CaCO310份,其它如同实施例1。
实施例5
本实施例中,各原料的组成(质量份数)为:60份尼龙6、玻璃纤维20份、EPDM10份、EPDM-g-MAH5份、用硅烷偶联剂改性的纳米CaCO35份,其它如同实施例1。
实施例6
本实施例中,各原料的组成(质量份数)为:45份尼龙6、玻璃纤维15份、EPDM15份、EPDM-g-MAH15份、用硅烷偶联剂改性的纳米CaCO310份,其它如同实施例1。
实施例7
本实施例中,各原料的组成(质量份数)为:45份尼龙6、玻璃纤维15份、EPDM15份、EPDM-g-MAH10份、用硅烷偶联剂改性的纳米CaCO315份,其它如同实施例1。
Claims (7)
1.一种玻璃纤维、弹性体和无机纳米微粒协同改性尼龙,其特征在于:该改性尼龙是由尼龙6、玻璃纤维、弹性体和用硅烷偶联剂改性的无机纳米微粒为原料经熔融共混制备所得。
2.根据权利要求1所述的玻璃纤维、弹性体和无机纳米微粒协同改性尼龙,其特征在于:所述改性尼龙的各原料质量份数组成为45~60份尼龙6、玻璃纤维15~20份、弹性体10~30份、用硅烷偶联剂改性的无机纳米微粒2~20份。
3.根据权利要求1或2所述的玻璃纤维、弹性体和无机纳米微粒协同改性尼龙,其特征在于:所述弹性体选自乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、乙烯-α烯烃聚合物、它们的马来酸酐接枝产物中的一种或几种混合物。
4.根据权利要求1或2所述的玻璃纤维、弹性体和无机纳米微粒协同改性尼龙,其特征在于:所述无机纳米微粒选自纳米CaCO3、纳米SiO2、纳米Al2O3中的一种或几种混合物。
5.根据权利要求1或2所述的玻璃纤维、弹性体和无机纳米微粒协同改性尼龙,其特征在于:所述硅烷偶联剂选自四甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种混合物。
6.一种玻璃纤维、弹性体和无机纳米微粒协同改性尼龙的制备方法,包括步骤:
(1)用硅烷偶联剂将无机纳米微粒进行表面改性,将无机纳米微粒和硅烷偶联剂按照1∶1~3∶1的摩尔比加入反应瓶中,超声分散,加乙醇和水,水浴搅拌,再用氨水调节pH值,冷却、过滤、洗涤、干燥后,得到用硅烷偶联剂改性的无机纳米微粒;
(2)第一步熔融共混
将尼龙和玻璃纤维熔融共混挤出造粒,共混温度220~260℃,共混压力为0.1~1.0Mpa;
(3)第二步熔融共混
将第一步熔融共混所得颗粒、弹性体和用硅烷偶联剂改性的无机纳米微粒共混,共混温度210~240℃,共混压力为0.1~1.0Mpa,共混时间为5~15min,制得改性尼龙。
7.根据权利要求6所述的玻璃纤维、弹性体和无机纳米微粒协同改性尼龙的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中的超声分散10min~30min,60~80℃的水浴中搅拌1~2h,氨水调节pH值到8.5~9.5,100~120℃干燥。
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