有机改性纳米二氧化硅/尼龙66复合材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种有机改性纳米二氧化硅/尼龙66复合材料及制备方法，本发明具有如下的有益效果：1)纳米二氧化硅表面经化学修饰带上环氧基、氨基等基团，可与二元酸、二元酸反应形成化学键，并经过超声分散，因此减少了纳米二氧化硅粒子的团聚现象，提高了纳米二氧化硅的分散性，进而得到了分散性能良好的复合材料。2)制备过程中，采用GSH-2型高压釜原位聚合制备该复合材料，对其工业化生产具有一定的指导意义。

权利要求

1.一种有机改性纳米二氧化硅/尼龙66复合材料的制备方法：

a、先将10-60wt％份正硅酸乙酯加入到30-80wt％无水乙醇溶剂中，机械搅拌，再加

4-16wt％蒸馏水，然后加入0.1-3wt％氨水做为催化剂，在40-60℃水解6-10h，得到纳米二氧化硅、乙醇和氨水的悬浮液；

b、将0.5-3wt％有机改性剂加入到97-99.5wt％的纳米二氧化硅、乙醇和氨水的悬浮液中，在40-60℃反应6-10h，得到有机改性纳米二氧化硅、乙醇和氨水的悬浮液；所述有机改性剂是γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧硅烷或N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷；

c、将33-67wt％蒸馏水加入到33-67wt％的有机改性纳米二氧化硅、乙醇和氨水的悬浮液中，在50-65℃下抽真空除去乙醇和氨水，得到有机改性纳米二氧化硅悬浮液；

d、将有机改性二氧化硅悬浮液加入到尼龙66盐中，加入蒸馏水，配成65-70wt％浓度的尼龙66盐水溶液，然后在45-55℃水中超声15-20分钟，得到有机改性纳米二氧化硅和尼龙66盐混合液；

e、将有机改性纳米二氧化硅和尼龙66盐混合液加入到聚合釜中，在200-230℃，

1.6-1.8MPa预聚合1-3h，然后在265-275℃，-0.01到-0.04MPa聚合10-30分钟，经水冷、切粒、干燥后，即得有机改性纳米二氧化硅/尼龙66复合材料。

说明书

有机改性纳米二氧化硅/尼龙66复合材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于高分子纳米复合材料的技术领域，具体涉及有机改性纳米二氧化硅/尼龙66复合材料的制备方法。

背景技术

[0002] 由于纳米粒子的表面效应、体积效应、量子尺寸效应，再加上聚合物密度小、强度高、耐腐蚀、易加工等优良特性，近年来纳米材料已经在国内外引起了广泛关注，成为材料科学研究的重点和热点。尼龙66属于AABB型尼龙，AABB型尼龙具有机械强度高，刚性大的特点，是工程塑料的主要品种，常用于生产强度高、耐磨、自润滑性优良的各种汽车部件、机械部件、电子电器包装材料等。 但是AABB型尼龙也存在低温及干态冲击强度差、吸水率大、缺口冲击强度低等缺点。 针对这些缺点的改性研究很多，采用纳米粒子改性AABB型尼龙得到了飞速的发展。 目前，纳米复合材料的制备方法主要有溶胶凝胶法、插层法、共混法、原位聚合法等，各种方法都不同程度存在如何避免纳米复合材料制备过程中的相分离，增加纳米粒子和基体材料的界面作用的问题。 虽然研究虽然研究纳米二氧化硅/尼龙66复合材料的研究较多，但是大部分都集中在采用机械共混的方法上，纳米二氧化硅在基体中的分散性不佳，性能改善有限。

发明内容

[0003] 本发明的目的是在于提供一种有机改性纳米二氧化硅/尼龙66复合材料的制备方法。 采用硅烷偶联剂原位改性纳米二氧化硅粒子，使其表面携带环氧基、氨基等基团。采用原位聚合法制备有机改性纳米二氧化硅/尼龙66复合材料，使纳米二氧化硅表面上的基团参与聚合反应，提高纳米二氧化硅在基体中的分散性和增强纳米二氧化硅与尼龙基体的界面结合力，为制备高性能的纳米复合材料打下基础。

[0004] 本发明的目的是通过如下方式实现的：一种有机改性纳米二氧化硅/尼龙66复合材料的制备方法：

[0005] a、先将10-60wt％份正硅酸乙酯加入到30-80wt％无水乙醇溶剂中，机械搅拌，再加4-16wt％蒸馏水，然后加入0.1-3wt％氨水做为催化剂，在40-60℃水解6-10h，得到纳米二氧化硅、乙醇和氨水的悬浮液；

[0006] b、将0.5-3wt％有机改性剂加入到97-99.5wt％的纳米二氧化硅、乙醇和氨水的悬浮液中，在40-60℃反应6-10h，得到有机改性纳米二氧化硅、乙醇和氨水的悬浮液；

[0007] c、将33-67wt％蒸馏水加入到33-67wt％的有机改性纳米二氧化硅、乙醇和氨水的悬浮液中，在50-65℃下抽真空除去乙醇和氨水，得到有机改性纳米二氧化硅悬浮液；

[0008] d、将有机改性二氧化硅悬浮液加入到尼龙66盐中，加入蒸馏水，配成65-70wt％浓度的尼龙66盐水溶液，然后在45-55℃水中超声15-20分钟，得到有机改性纳米二氧化硅和尼龙66盐混合液；

[0009] e、将有机改性纳米二氧化硅和尼龙66盐混合液加入到聚合釜中，在200-230℃，1.6-1.8MPa预聚合1-3h，然后在265-275℃，-0.01到-0.04MPa聚合10-30分钟，经水冷、切粒、干燥后，即得有机改性纳米二氧化硅/尼龙66复合材料。

[0010] 所述有机改性剂为硅烷偶联剂。

[0011] 所述硅烷偶联剂是γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧硅烷或N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。

[0012] 本发明具有如下的有益效果，1)纳米二氧化硅表面经化学修饰带上环氧基、氨基等基团，可与二元酸、二元酸反应形成化学键，并经过超声分散，因此减少了纳米二氧化硅粒子的团聚现象，提高了纳米二氧化硅的分散性，进而得到了分散性能良好的复合材料。2)制备过程中，采用GSH-2型高压釜原位聚合制备该复合材料，对其工业化生产具有一定的指导意义。

具体实施方式

[0013] 下面实施例是对本发明做进一步说明：

[0014] 实施例1

[0015] 第一步：有机改性纳米二氧化硅的制备

[0016] 将40mL的正硅酸乙酯，80mL无水乙醇，12mL蒸馏水加入到500mL的三口瓶中，升温至45℃，机械搅拌10min后加氨水2.0mL，水解6-8h。 然后加入硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷1.2mL，45℃继续反应8h。 然后加入100mL蒸馏水，50℃下抽真空除去乙醇和氨水，即得100mL γ-氨丙基三乙氧基硅烷有机改性纳米二氧化硅的悬浮液，其中γ-氨丙基三乙氧基硅烷有机改性纳米二氧化硅质量为10g。

[0017] 第二步：有机改性纳米二氧化硅/尼龙66复合材料的制备

[0018] 将上述制的的100mL γ-氨丙基三乙氧基硅烷有机改性纳米二氧化硅的悬浮液加入到990g尼龙66盐中，再加入蒸馏水至1430g，配成69.2wt％浓度的尼龙66盐水溶液，在50℃超声15min，然后将该混合溶液加入到聚合反应釜中，在200-230℃，1.6-1.8Mpa预聚合1-3h，然后在265-275℃，-0.01Mpa聚合10-30min，即得有机改性纳米二氧化硅/尼龙66复合材料

[0019] 实施例2

[0020] 第一步：有机改性纳米二氧化硅的制备

[0021] 将80mL的正硅酸乙酯，160mL无水乙醇，24mL蒸馏水加入到500mL的三口瓶中，升温至50℃，机械搅拌，5min后加氨水4.0mL，水解8h。 然后加入硅烷偶联剂γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷2.4mL，50℃继续反应8h。 然后加入200mL蒸馏水，65℃下抽真空除去乙醇，即得200mL γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷有机改性纳米二氧化硅的悬浮液，其中γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷有机改性纳米二氧化硅质量为20g。

[0022] 第二步：有机改性纳米二氧化硅/尼龙66复合材料的制备