一種纖維補(bǔ)強(qiáng)納米二氧化硅材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種纖維補(bǔ)強(qiáng)納米二氧化硅材料，它是由下述重量份的原料組成的：γ?氨丙基三乙氧基硅烷0.7?1、改性納米二氧化硅10?13、乙二酸17?20、鈦酸四丁酯6?10、二苯基硅二醇1?2、硬脂酸1.6?3、乙撐雙硬脂酰胺0.5?1、纖維分散液10?13、2?硫醇基苯駢咪唑0.2?0.4、己內(nèi)酰胺70?85。本發(fā)明首先用硅烷處理納米二氧化硅，得到表面含有氨基的納米二氧化硅，然后在己內(nèi)酰胺聚合過程中,利用己內(nèi)酰胺開環(huán)產(chǎn)物氨基己酸與納米二氧化硅表面的氨基反應(yīng)，可以得到高分散的納米聚合材料，本發(fā)明加入了纖維分散液，不僅可以有效的改善納米二氧化硅在聚合物中的分散性，還可以增強(qiáng)成品材料的強(qiáng)度和耐候性。
【專利說明】
一種纖維補(bǔ)強(qiáng)納米二氧化硅材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種纖維補(bǔ)強(qiáng)納米二氧化娃材料及其制備方法。【背景技術(shù)】
[0002]隨著新技術(shù)的涌現(xiàn)，人們對聚合物基納米復(fù)合材料的研究和認(rèn)識不斷深入，對納米復(fù)合材料的制備方法和生產(chǎn)工藝也在不斷發(fā)展和豐富。近年來，制備聚合物基納米復(fù)合材料材料的方法也有較大的發(fā)展，主要有共混法、插層法、溶膠_凝膠法、原位法、母料法等；聚合物基復(fù)合材料的綜合性能不僅取決于所添加填料的特殊功能性，分散相在基體材料中的分散程度、尺寸大小、與基體材料的相容性和結(jié)合力對復(fù)合材料的綜合性能也有較大的影響。目前，很多學(xué)者對填料與基體材料的相容性、界面強(qiáng)度、相互作用力進(jìn)行了深入研究，并取得了較為理想的結(jié)果；聚酰胺由于其良好的力學(xué)性能、阻隔性能、耐磨性能、耐酸堿性能和良好的加工性能， 作為工程塑料和非纖用材料越來越成為不可缺少的材料，其應(yīng)用涉及汽車零部件、簾子布、 輪胎子午線、電子電器、家庭用品等領(lǐng)域，用量成為聚酰胺產(chǎn)品中最多的品種。但在應(yīng)用過程中，聚酰胺6材料的極性基團(tuán)使得其易于吸收水分，造成了干態(tài)和低溫沖擊強(qiáng)度低、產(chǎn)品穩(wěn)定性差、摩擦易發(fā)生塑性形變、磨損嚴(yán)重等現(xiàn)象，另外，作為礦山工程塑料使用，不具備抗靜電性能，容易產(chǎn)生瓦斯爆炸等，從而影響其制品尺寸的穩(wěn)定性、抗磨減摩性能和電性能，這限制了它的應(yīng)用范圍；納米材料是指材料的二相顯微結(jié)構(gòu)中至少有一相的一維尺度達(dá)到納米級尺寸的材料， 納米技術(shù)是在分子和原子水平研究物質(zhì)性能的科學(xué)。根據(jù)納米材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)，通常分為零維納米材料、一維納米材料、二維納米材料和三維納米材料。由于納米材料的尺寸在1 -100 nm范圍內(nèi)，其尺寸接近于電子相干長度，由于強(qiáng)相干的原因，使得納米材料在熔點(diǎn)、磁性、光學(xué)、導(dǎo)熱、導(dǎo)電等方面顯示了有別于傳統(tǒng)材料的特殊性能;作為21世紀(jì)比較有發(fā)展?jié)摿Φ牟牧现唬┠陙?，納米材料的研究主要集中在醫(yī)學(xué)、能源、環(huán)保、材料、集成微系統(tǒng)等方面，在核武器的安保系統(tǒng)、炸藥引信、涂層、鉆地武器、庫存檢測與不擴(kuò)散、深化武器規(guī)律認(rèn)識等領(lǐng)域顯示潛在的應(yīng)用價(jià)值，目前，納米材料和納米科技的發(fā)展和應(yīng)用備受人們的廣泛關(guān)注；隨著納米材料理論和技術(shù)的發(fā)展，無機(jī)納米微粒作為填料較傳統(tǒng)材料顯示了優(yōu)異的性能。通過合適的技術(shù)和方法將無機(jī)納米微粒加入到聚合物基體材料中，使其充分體現(xiàn)納米材料的納米特性，進(jìn)而提高納米復(fù)合材料的綜合性能；納米材料和納米科技的發(fā)展必將促使聚合物基納米復(fù)合材料成為21世紀(jì)最有發(fā)展前景的材料之一。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種纖維補(bǔ)強(qiáng)納米二氧化硅材料及其制備方法。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種纖維補(bǔ)強(qiáng)納米二氧化硅材料，它是由下述重量份的原料組成的:T _氨丙基三乙氧基硅烷〇.7-1、改性納米二氧化硅10-13、乙二酸17-20、鈦酸四丁酯6-10、二苯基硅二醇1-2、硬脂酸1.6-3、乙撐雙硬脂酰胺0.5-1、纖維分散液10-13、2_硫醇基苯駢咪唑0.2-0.4、己內(nèi)酰胺70-85。
[0005]所述的一種纖維補(bǔ)強(qiáng)納米二氧化硅材料，所述的纖維分散液是由下述重量份的原料混合組成的:羥乙基纖維素5-7、N-月桂酰肌氨酸鈉1-2、去離子水50-70。
[0006]所述的一種纖維補(bǔ)強(qiáng)納米二氧化娃材料，所述的改性納米二氧化娃是由下述重量份的原料組成的:硫酸鋁鉀1-2、納米二氧化硅40-50、均苯四酸二酐0.7-1、季戊四醇3-5、丙酸纖維素2-3；將上述硫酸鋁鉀加入到其重量100-170倍的去離子水中，攪拌均勻，加入丙酸纖維素， 攪拌均勻，為纖維溶液；將上述均苯四酸二酐、季戊四醇混合，升高溫度為70-80°C，與上述纖維溶液混合，保溫?cái)嚢?-4分鐘，加入納米二氧化硅，磁力攪拌3-5分鐘，升高溫度為90-96°C，保溫?cái)嚢柚了?，?0-80°C下真空干燥4-7分鐘，即得所述改性納米二氧化硅。
[0007]—種所述的纖維補(bǔ)強(qiáng)納米二氧化硅材料的制備方法，包括以下步驟:(1)將上述改性納米二氧化硅加入到其重量100-120倍的無水乙醇中，超聲40-50分鐘， 滴加上述鈦酸四丁酯，滴加完畢后升高溫度為50-60°C，保溫?cái)嚢?0-30分鐘，送入到裝有聚四氟乙烯內(nèi)膽的反應(yīng)釜中，在180-190°C下保溫反應(yīng)4-5小時(shí)，出料，冷卻，過濾，將沉淀水洗 2-3次，在60-70°C下真空干燥完全，得鈦摻雜納米二氧化硅；(2)將上述2-硫醇基苯駢咪唑加入到二苯基硅二醇中，攪拌均勻，加入混合料重量400-570倍的無水乙醇，升高溫度為90-96°C，加入乙撐雙硬脂酰胺，保溫?cái)嚢?0-14分鐘，得醇分散液；(3)將上述鈦摻雜納米二氧化硅加入到上述醇分散液中，加入y -氨丙基三乙氧基硅烷，升高溫度為60-70°C，1000-1400轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0-40分鐘，得氨基改性鈦摻雜納米二氧化娃；(4)取上述己內(nèi)酰胺、乙二酸，與氨基改性鈦摻雜納米二氧化硅混合，加入混合料重量 10-18倍的蒸餾水，送入到反應(yīng)釜中，升高溫度為220-300°C，保溫反應(yīng)3-5小時(shí)，加入上述纖維分散液，60-100轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?-5分鐘，加入剩余各原料，緩慢冷卻至常溫，過濾除去濾液，將沉淀干燥，研磨成細(xì)粉，得纖維補(bǔ)強(qiáng)納米二氧化硅材料。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明首先用硅烷處理納米二氧化硅，得到表面含有氨基的納米二氧化硅，然后在己內(nèi)酰胺聚合過程中，利用己內(nèi)酰胺開環(huán)產(chǎn)物氨基己酸與納米二氧化硅表面的氨基反應(yīng)，可以得到高分散的納米聚合材料，本發(fā)明加入了纖維分散液，不僅可以有效的改善納米二氧化硅在聚合物中的分散性，還可以增強(qiáng)成品材料的強(qiáng)度和耐候性。【具體實(shí)施方式】
[0009]—種纖維補(bǔ)強(qiáng)納米二氧化硅材料，它是由下述重量份的原料組成的:T氨丙基三乙氧基硅烷〇.7、改性納米二氧化硅10、乙二酸17、鈦酸四丁酯6、二苯基硅二醇1、硬脂酸1.6、乙撐雙硬脂酰胺0.5、纖維分散液10、2硫醇基苯駢咪唑0.2、己內(nèi)酰胺70。
[0010]所述的一種纖維補(bǔ)強(qiáng)納米二氧化硅材料，所述的纖維分散液是由下述重量份的原料混合組成的:羥乙基纖維素5、N月桂酰肌氨酸鈉1、去離子水50。
[0011]所述的一種纖維補(bǔ)強(qiáng)納米二氧化硅材料，所述的改性納米二氧化硅是由下述重量份的原料組成的:硫酸鋁鉀1、納米二氧化硅40、均苯四酸二酐0.7、季戊四醇3、丙酸纖維素2;將上述硫酸鋁鉀加入到其重量100倍的去離子水中，攪拌均勻，加入丙酸纖維素，攪拌均勻，為纖維溶液；將上述均苯四酸二酐、季戊四醇混合，升高溫度為70°C，與上述纖維溶液混合，保溫?cái)嚢?分鐘，加入納米二氧化硅，磁力攪拌3分鐘，升高溫度為90°C，保溫?cái)嚢柚了?，?0°C下真空干燥4分鐘，即得所述改性納米二氧化硅。
[0012]—種所述的纖維補(bǔ)強(qiáng)納米二氧化硅材料的制備方法，包括以下步驟:(1)將上述改性納米二氧化硅加入到其重量100倍的無水乙醇中，超聲40分鐘，滴加上述鈦酸四丁酯，滴加完畢后升高溫度為50°C，保溫?cái)嚢?0分鐘，送入到裝有聚四氟乙烯內(nèi)膽的反應(yīng)釜中，在180°C下保溫反應(yīng)4小時(shí)，出料，冷卻，過濾，將沉淀水洗2次，在60°C下真空干燥完全，得鈦摻雜納米二氧化硅；(2)將上述2硫醇基苯駢咪唑加入到二苯基硅二醇中，攪拌均勻，加入混合料重量400倍的無水乙醇，升高溫度為90°C，加入乙撐雙硬脂酰胺，保溫?cái)嚢?0分鐘，得醇分散液；(3)將上述鈦摻雜納米二氧化硅加入到上述醇分散液中，加入y氨丙基三乙氧基硅烷， 升高溫度為60°C，1000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0分鐘，得氨基改性鈦摻雜納米二氧化硅；(4)取上述己內(nèi)酰胺、乙二酸，與氨基改性鈦摻雜納米二氧化硅混合，加入混合料重量 10倍的蒸餾水，送入到反應(yīng)釜中，升高溫度為220°C，保溫反應(yīng)3小時(shí)，加入上述纖維分散液， 60轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?分鐘，加入剩余各原料，緩慢冷卻至常溫，過濾除去濾液，將沉淀干燥，研磨成細(xì)粉，得纖維補(bǔ)強(qiáng)納米二氧化硅材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種纖維補(bǔ)強(qiáng)納米二氧化硅材料，其特征在于，它是由下述重量份的原料組成的:T -氨丙基三乙氧基硅烷0.7-1、改性納米二氧化硅10-13、乙二酸17-20、鈦酸四丁酯6-10、二苯基硅二醇1-2、硬脂酸1.6-3、乙撐雙硬脂酰胺0.5-1、纖維分散液10-13、2_硫醇基苯 駢咪唑0.2-0.4、己內(nèi)酰胺70-85。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種纖維補(bǔ)強(qiáng)納米二氧化硅材料，其特征在于，所述的纖維分 散液是由下述重量份的原料混合組成的:羥乙基纖維素5-7、N-月桂酰肌氨酸鈉1-2、去離子水50-70。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種纖維補(bǔ)強(qiáng)納米二氧化硅材料，其特征在于，所述的改性納 米二氧化硅是由下述重量份的原料組成的:硫酸鋁鉀1-2、納米二氧化硅40-50、均苯四酸二酐0.7-1、季戊四醇3-5、丙酸纖維素2-3；將上述硫酸鋁鉀加入到其重量100-170倍的去離子水中，攪拌均勻，加入丙酸纖維素， 攪拌均勻，為纖維溶液；將上述均苯四酸二酐、季戊四醇混合，升高溫度為70-80°C，與上述纖維溶液混合，保溫 攪拌3-4分鐘，加入納米二氧化硅，磁力攪拌3-5分鐘，升高溫度為90-96°C，保溫?cái)嚢柚了?干，在70-80°C下真空干燥4-7分鐘，即得所述改性納米二氧化硅。4.一種如權(quán)利要求1所述的纖維補(bǔ)強(qiáng)納米二氧化硅材料的制備方法，其特征在于，包括 以下步驟:(1)將上述改性納米二氧化硅加入到其重量100-120倍的無水乙醇中，超聲40-50分鐘， 滴加上述鈦酸四丁酯，滴加完畢后升高溫度為50-60°C，保溫?cái)嚢?0-30分鐘，送入到裝有聚 四氟乙烯內(nèi)膽的反應(yīng)釜中，在180-190°C下保溫反應(yīng)4-5小時(shí)，出料，冷卻，過濾，將沉淀水洗 2-3次，在60-70°C下真空干燥完全，得鈦摻雜納米二氧化硅；(2)將上述2-硫醇基苯駢咪唑加入到二苯基硅二醇中，攪拌均勻，加入混合料重量400-570倍的無水乙醇，升高溫度為90-96°C，加入乙撐雙硬脂酰胺，保溫?cái)嚢?0-14分鐘，得醇分 散液；(3)將上述鈦摻雜納米二氧化硅加入到上述醇分散液中，加入y -氨丙基三乙氧基硅 烷，升高溫度為60-70°C，1000-1400轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0-40分鐘，得氨基改性鈦摻雜納米二氧化 娃；(4)取上述己內(nèi)酰胺、乙二酸，與氨基改性鈦摻雜納米二氧化硅混合，加入混合料重量 10-18倍的蒸餾水，送入到反應(yīng)釜中，升高溫度為220-300°C，保溫反應(yīng)3-5小時(shí)，加入上述纖 維分散液，60-100轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?-5分鐘，加入剩余各原料，緩慢冷卻至常溫，過濾除去濾液，將 沉淀干燥，研磨成細(xì)粉，得纖維補(bǔ)強(qiáng)納米二氧化硅材料。
【文檔編號】C08G69/16GK105968798SQ201610346914
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】陳思池, 黃宗顯, 劉苗
【申請人】中山市綠浪助劑有限公司