[發明專利]一種酰胺化石墨烯/尼龍6納米復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110028992.9
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112920415B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 吳叔青;劉濱濱;熊其鵬
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

本發明公開一種酰胺化石墨烯/尼龍6納米復合材料及其制備方法；該制備方法是將氧化石墨烯分散于去離子水中，再加入催化劑在常溫下攪拌活化羧基，再加入氨基改性劑，常溫下攪拌反應，經過濾、洗滌后真空干燥，得到酰胺化石墨烯粉末；將酰胺化石墨烯和去離子水加入己內酰胺熔體中，超聲攪拌形成分散液，在氮氣氛圍下，將所得分散液移至高溫高壓反應釜中升溫至250～270℃下反應，得到聚合物熔體；聚合物熔體經水冷造粒后得到石墨烯/尼龍6納米復合材料；本發明所制備的酰胺化石墨烯/尼龍6納米復合材料相比于純尼龍6具有極佳的強度、韌性和加工性能，可作為結構部件用于汽車配件、醫療器械、電子電器等領域。

技術領域

本發明涉及尼龍復合材料，具體涉及一種酰胺化石墨烯/尼龍6納米復合材料及其制備方法，本發明超低石墨烯添加量，制備方法為原位聚合法。

背景技術

尼龍6(PA6)作為最具代表性的聚酰胺工程塑料之一，分子鏈上大量酰胺基團的存在使其具備物理機械性能優異、自潤滑性能優異、耐磨性能優良等優點；但其吸濕性大、脆性大、沖擊強度低等缺點極大限制了PA6的應用。為了獲得性能更加優異，且滿足特殊要求的材料，人們日益重視對PA6的改性研究。

石墨烯是一種二維單原子厚度的碳片，碳碳鍵的鍵長為0.142nm。石墨烯具有優異的電學性能，電子遷移率高達200000cm²·v^-1·s^-1；具有優異的導熱性能，熱導率和導熱系數分別高達5300W·m^-1和3000W/(m·K)；具有優異的機械性能，楊氏模量和斷裂強度分別為1100GPa和125GPa；具有極高的比表面積，高達2600m²·g^-1。添加少量的石墨烯即可提升聚合物材料的性能，同時還能保持聚合物材料本身的優勢。

因此，將石墨烯均勻地分散在尼龍6材料中得到尼龍納米復合材料能大大提升尼龍6的力學性能、導熱性及阻燃性等，從而有效提高尼龍納米復合材料的應用領域，是如今尼龍6復合材料發展的重要方向。石墨烯/尼龍6納米復合材料的性能取決于石墨烯的添加量，石墨烯在尼龍基體中的分散性以及石墨烯與尼龍界面的黏結性。若石墨烯添加量太大，由于石墨烯強大的范德華力使得其具有易團聚及疏水性強等特點，這將極大地影響了石墨烯在聚合物中的分散性及黏結性，若分散不佳則復合材料不僅強度低，且斷裂伸長率及沖擊強度會下降，大量添加的石墨烯也會增加生產成本，現有技術一般添加量為1～10％，本發明制備的酰胺化石墨烯添加量僅需0.1～0.5％。

氧化石墨烯是石墨烯的氧化產物，在石墨烯表面引入了大量含氧官能團，與石墨烯相比，氧化石墨烯除了兼具石墨烯的優異特性，還具有良好的親水性及表面活性，能被小分子或聚合物改性，能有效改善石墨烯在尼龍6中的分散性。同時，采用原位聚合的方法將改性石墨烯在聚合前就分散到己內酰胺單體中，己內酰胺再通過開環聚合生成尼龍6，能解決納米粒子在改性尼龍6過程中的分散問題。

中國發明專利CN103102682A公開了一種石墨烯增強增韌尼龍樹脂，由重量百分比為68-76％的尼龍66或尼龍6、20-25％磷氮結構協效尼龍阻燃劑、1-5％改性石墨烯、1-2％的其它助劑組成。其制備方法是，先對石墨烯進行表面預處理，石墨烯表面處理后，與各種助劑混合，原料在高速攪拌斗中混合均勻，從混料口中加入到溫度設定為220℃～280℃、長徑比(L/D)為32∶1-40∶1的雙螺桿擠出機中，抽真空造粒。該技術通過熔融共混法將石墨烯添加到尼龍6基體中來提高復合材料的強度，但通過這種方法制備的復合材料，石墨烯的添加量大于1％，會在聚合物基體中團聚，分散性較差，達不到理想的效果。

中國發明專利CN106633037A公開了一種石墨烯/尼龍-6復合材料制備方法，包括以下步驟，(1)己內酰胺單體預處理；(2)石墨預插層及溶脹；(3)原位聚合與石墨層剝離；(4)產物清洗與干燥；該技術通過單體預插層并在石墨層間進行原位聚合反應，實現尼龍6合成的同時，剝離天然石墨為石墨烯，從而制得石墨烯/尼龍6高導熱復合材料，所得復合材料具有高導熱的性能，但該技術石墨烯由天然石墨剝離得到，層數較多且容易團聚，添加量也較大，需1～10％。