一種高強(qiáng)導(dǎo)熱尼龍6及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬尼龍6制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高強(qiáng)導(dǎo)熱尼龍6及其制備方法，特別是涉及一種在水中用水性鈦酸酯表面修飾石墨烯并在磁場(chǎng)中對(duì)石墨烯進(jìn)行超聲處理的石墨烯分散液，然后在外加磁場(chǎng)中對(duì)石墨烯分散液進(jìn)行蒸餾或減壓蒸餾制得石墨烯濃縮液，并最終將石墨烯濃縮液添加到尼龍6聚合體系中的高強(qiáng)導(dǎo)熱尼龍6的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的安德烈.海姆教授和康斯坦丁.諾沃肖洛夫教授通過(guò)一種很簡(jiǎn)單的方法從石墨薄片中剝離出了石墨烯，為此他們二人也榮獲2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯行業(yè)仍在量產(chǎn)摸索階段，主要的制備方法有微機(jī)械剝離法、外延生長(zhǎng)法、氧化石墨還原法和氣相沉積法；其中氧化石墨還原法由于制備成本相對(duì)較低，是主要制備方法。通過(guò)這種方法制備的石墨烯的層數(shù)一般為6?10層，石墨烯的層數(shù)大，會(huì)引起石墨烯比較面積的變小，這一變化會(huì)使得石墨烯的各方面性能大幅下降，包括機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電性能、導(dǎo)熱性能?，F(xiàn)有技術(shù)也出現(xiàn)了制備少層或單層石墨烯的方法，但是相對(duì)應(yīng)的，這些方法具有成本高、效率底的重大缺陷。少層或單層石墨烯的使用，不僅能大幅降低石墨烯的使用量，還能更好的發(fā)揮石墨獨(dú)特的性能。
[0003]目前石墨烯的運(yùn)用極其廣泛，但由于石墨烯顆粒度很小，最小的石墨烯長(zhǎng)度只有I微米左右，這就導(dǎo)致石墨烯在使用的時(shí)候極易出現(xiàn)團(tuán)聚的現(xiàn)象，團(tuán)聚現(xiàn)象的出現(xiàn)，不僅會(huì)對(duì)產(chǎn)品性能造成很大影響，另一方面會(huì)大幅提升石墨烯使用量，造成成本上升。
[0004]石墨烯通常需要與其他材料復(fù)合使用，石墨烯具有很強(qiáng)的疏水性，這就使得石墨烯在大部分液體中的相容性很差。為使石墨烯與其他材料有機(jī)結(jié)合，現(xiàn)有技術(shù)利用水性鈦酸酯對(duì)石墨烯表面進(jìn)行修飾處理，然后與水混合制成懸浮液。一方面是考慮水性鈦酸酯與其他材料如高分子材料有良好的結(jié)合性能，另一方面也考慮了水性鈦酸酯能改善石墨烯的團(tuán)聚。
[0005]但是，由于石墨烯的特殊性能，在采用水性鈦酸酯對(duì)石墨烯進(jìn)行表面修飾時(shí)，并不能均勻地將水性鈦酸酯分配給欲予以表面修飾的石墨烯。石墨烯具有比表面積極大、堆積密度非常小的特性，水性鈦酸酯的密度偏大，這就造成了在使用水性鈦酸酯對(duì)石墨烯進(jìn)行處理時(shí)石墨烯與水性鈦酸酯的體積比極大。少量的水性鈦酸酯加入到石墨烯中時(shí)能被修飾到的石墨烯很少，而且還會(huì)造成石墨烯小范圍的結(jié)團(tuán)團(tuán)聚。這樣的方法來(lái)處理石墨烯，基本起不到石墨烯表面修飾的作用。
[0006]尼龍6目前是使用量很大的一種高分子材料，但是其機(jī)械性能比較有限，主要使用領(lǐng)域是在紡織、日用等對(duì)性能要求較低的產(chǎn)品。所以，對(duì)尼龍6的機(jī)械性能進(jìn)行改善能夠有效的擴(kuò)大其使用領(lǐng)域，提高尼龍6的使用量。目前，對(duì)尼龍6進(jìn)行性能改善的主要措施是物理改性，即通過(guò)物理方法在尼龍6熔體中添加增強(qiáng)材料使得尼龍6的機(jī)械性能得以改善。雖然通過(guò)這種方法可以在一定程度上提高機(jī)械性能，但是在改性過(guò)程中，尼龍6聚合物的分子鏈會(huì)受到很大程度的破壞，使得其部分性能大幅下降，并且通過(guò)二次加工的方式來(lái)對(duì)尼龍6進(jìn)行改性，會(huì)造成能耗的上升，增加生產(chǎn)成本。
[0007]隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種高科技電子產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，現(xiàn)有產(chǎn)品的配置也處于不斷升級(jí)進(jìn)步的過(guò)程中，這些電子產(chǎn)品在使用是會(huì)發(fā)出大量的熱量，這些熱量若不能及時(shí)散發(fā)到產(chǎn)品外部，將會(huì)對(duì)產(chǎn)品的運(yùn)行造成影響或損害?，F(xiàn)在占主導(dǎo)地位的導(dǎo)熱材料是金屬材料和功能高分子導(dǎo)熱材料，但在輕量化的今天，金屬材料正在逐步被淘汰，所以，開(kāi)發(fā)導(dǎo)熱性好的高分子材料已迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)導(dǎo)熱尼龍6及其制備方法，特別是提供一種在己內(nèi)酰胺進(jìn)行聚合反應(yīng)時(shí)添加石墨烯濃縮液使得石墨烯均勻分散在尼龍6中從而制得的高強(qiáng)導(dǎo)熱尼龍6及其制備方法。本發(fā)明先將水性鈦酸酯溶解在水中，然后加入石墨烯，在磁場(chǎng)中對(duì)石墨烯分散液進(jìn)行超聲處理，最后在外加磁場(chǎng)中對(duì)石墨烯分散液進(jìn)行蒸餾或減壓蒸餾減少水分，再將含水量較少的石墨烯濃縮液加入到己內(nèi)酰胺聚合體系中制備高強(qiáng)導(dǎo)熱尼龍6。石墨烯濃縮液中石墨烯經(jīng)過(guò)水性鈦酸酯修飾，并經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)以及超聲處理達(dá)到分散及剝離的作用，石墨烯的活性高，在尼龍6中不會(huì)產(chǎn)生團(tuán)聚，充分剝離后的石墨烯，能更好的發(fā)揮石墨烯的特性。通過(guò)這種方法可制備石墨烯分散好，結(jié)合好的高強(qiáng)導(dǎo)熱尼龍6。
[0009]本發(fā)明的一種高強(qiáng)導(dǎo)熱尼龍6的制備方法，先將水性鈦酸酯溶解在水中，然后加入石墨烯粉體，在磁場(chǎng)中進(jìn)行超聲分散制得石墨烯分散液，然后將石墨烯分散液在外加磁場(chǎng)中進(jìn)行蒸餾或減壓蒸餾，得到高石墨烯含量的石墨烯濃縮液，再將石墨烯濃縮液添加到己內(nèi)酰胺聚合體系中，聚合得到高強(qiáng)導(dǎo)熱尼龍6。
[0010]作為優(yōu)選的技術(shù)方案:
[0011]如上所述的一種高強(qiáng)導(dǎo)熱尼龍6的制備方法，所述石墨烯粉體在所述石墨烯分散液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5?8%，所述水性鈦酸酯的質(zhì)量小于等于石墨烯粉體質(zhì)量的2%，所述石墨烯濃縮液中石墨烯的含量為30?70%，所述石墨烯在尼龍6中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2?5%。水性鈦酸醋過(guò)少，不能對(duì)石墨稀表面充分修飾，過(guò)多會(huì)造成材料性能的下降。經(jīng)過(guò)濃縮工藝后，由于石墨烯分散液中水的減少，石墨烯的含量相應(yīng)會(huì)大幅上升。
[0012]如上所述的一種高強(qiáng)導(dǎo)熱尼龍6的制備方法，所述的水性鈦酸酯是雙(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撐鈦酸酯，或雙(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撐鈦酸酯和三乙醇胺的螯合物溶液，或雙(二辛基焦磷酸酯)羥乙酸酯鈦酸酯，或雙(二辛基二乙醇)乙二胺鈦酸酯，或二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯。水性鈦酸酯含有可水解的短鏈烷氧基能與石墨烯的雙鍵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而使得鈦酸酯能與石墨烯充分結(jié)合，起到表面修飾的作用。
[0013]如上所述的一種高強(qiáng)導(dǎo)熱尼龍6的制備方法，所述溶解的過(guò)程是通過(guò)機(jī)械攪拌的方式，轉(zhuǎn)速為50?100轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間為5?30分鐘，溫度為10?35°C。水性鈦酸酯能與水互溶，通過(guò)低速攪拌加快鈦酸酯溶解速度，大幅縮短溶解時(shí)間。
[0014]如上所述的一種高強(qiáng)導(dǎo)熱尼龍6的制備方法，所述石墨烯粉體的尺寸為，長(zhǎng)和寬分別為I?200微米，厚度為6?10納米；所述石墨稀濃縮液和高強(qiáng)導(dǎo)熱尼龍6中石墨稀的尺寸為，長(zhǎng)和寬分別為I?200微米，厚度I?6納米。石墨稀的顆粒度越小，相對(duì)應(yīng)的比表面積就越大，小顆粒度的石墨烯更有利于發(fā)揮石墨烯優(yōu)秀的機(jī)械性能和其他物理性能，并且在使用時(shí)還能較少石墨烯的使用量。
[0015]如上所述的一種高強(qiáng)導(dǎo)熱尼龍6的制備方法，所述超聲分散對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.5?5T，所述外加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為2?6T。石墨稀材料具有特殊的結(jié)構(gòu)形態(tài)，在磁場(chǎng)中，石墨烯分散液中的石墨烯會(huì)產(chǎn)生有序的定向排列，在濃縮過(guò)程中，由于石墨烯的含量逐漸升高，石墨烯濃縮液的粘稠度會(huì)逐漸變大，因此，通過(guò)較高磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁場(chǎng)來(lái)控制石墨烯的有序排布。
[0016]如上所述的一種高強(qiáng)導(dǎo)熱尼龍6的制備方法，所述的超聲分散的超聲波頻率為20?30KHz，功率為I?5千瓦，超聲分散時(shí)間為30?90分鐘，溫度控制為10?60°C。超聲分散對(duì)石墨烯在分散液中的分散具有很好的效果，也能夠充分的使得石墨烯表面被水性鈦酸酯修飾，另外，石墨烯通過(guò)磁場(chǎng)作用在石墨烯分散液中定向排列從而達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)后，由于超聲的高頻率作用，從而使得這種平衡狀態(tài)被打破，通過(guò)不斷的力學(xué)作用，使得石墨烯片層之間的距離增大，從而達(dá)到剝離的作用。
[0017]如上所述的一種高強(qiáng)導(dǎo)熱尼龍6的制備方法，所述蒸餾是指通過(guò)加熱使得水分蒸發(fā)而使得石墨烯分散液中石墨烯濃度提高的過(guò)程，蒸餾溫度為80?100°C，蒸餾時(shí)間為10?60分鐘；所述減壓蒸餾的參數(shù)為:真空度為-0.0lMPa?-0.1MPa,蒸餾溫度為50?80°C，蒸餾時(shí)間為10?30分鐘。通過(guò)蒸餾或減壓蒸餾，使得石墨烯分散液中的水分蒸發(fā)分離而使得石墨烯含量大幅度提高，水分大幅減少，有效的改善了由于水分過(guò)多而造成的生產(chǎn)加工問(wèn)題。
[0018]如上所述的一種高強(qiáng)導(dǎo)熱尼龍6的制備方法，所述的聚合的具體步驟為:
[0019]I)將己內(nèi)酰胺熔融，溫度為70?100°C，時(shí)間I?2小時(shí)；
[0020]2)將熔融后的己內(nèi)酰胺與石墨烯濃縮液在調(diào)整槽中混合；
[0021]3)將調(diào)整好的混合物在聚合釜中反應(yīng)，反應(yīng)溫度為220?260°C，并通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，壓力為0.7?1.3MPa，在聚合釜中聚合4?6小時(shí)反應(yīng)完成，聚合物從聚合釜下部進(jìn)入水槽鑄帶、切粒、抽提和干燥即得到