高阻隔性氧化石墨烯/尼龍納米復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】高阻隔性氧化石墨烯/尼龍納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)采用氧化石墨烯(GO)與尼龍(PA)反應(yīng)制備氧化石墨烯接枝尼龍(GO?g?PA)，即利用GO表面羧基和環(huán)氧基與PA端氨基反應(yīng)將PA接枝到GO表面；(2)將PA、GO?g?PA、抗氧劑以及紫外光吸收劑在高速攪拌機(jī)上混合均勻后，在普通的雙螺桿擠出機(jī)中，在一定溫度和轉(zhuǎn)速下進(jìn)行共混，擠出造粒，得到高阻隔性的尼龍/氧化石墨烯(PA/GO)納米復(fù)合材料。本發(fā)明方法簡單，氧化石墨烯/尼龍納米復(fù)合材料中表面改性的氧化石墨烯分布均勻，該材料的阻隔性明顯提高，同時機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性等也在一定程度上得到提高。
【專利說明】
高阻隔性氧化石墨烯/尼龍納米復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及聚合物/無機(jī)化合物高性能納米復(fù)合材料領(lǐng)域，具體地說，用雙螺桿擠出機(jī)將尼龍與表面改性的氧化石墨烯、抗氧劑以及紫外光吸收劑進(jìn)行共混，而得到尼龍為連續(xù)相基體的高阻隔性納米復(fù)合材料的新方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，尼龍11、12具有耐磨性、自潤滑性好、阻隔性好等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于汽車輸油管及剎車管，但其價格是普通尼龍的5倍，這限制了 PA11、12的應(yīng)用范圍。提高普通尼龍(PA6、PA66)的阻隔性已成為研究的重要方向。國內(nèi)已有研究，將尼龍(PA6、PA66)與阻隔樹脂共混改性，使阻隔樹脂(乙烯-乙烯醇共聚物即EV0H)分散相呈層狀分布于連續(xù)相基體(PA6、PA66)樹脂中，阻隔層與基體組成多層結(jié)構(gòu)，使得溶劑分子穿透途徑變得迂回曲折，增加了途程的長度，因而增加了普通尼龍的阻隔性能，但制備工藝復(fù)雜，層狀結(jié)構(gòu)難于控制，成本高。此外為了達(dá)到高阻隔性，許多企業(yè)采用多層共擠技術(shù)，其成品質(zhì)量優(yōu)良，但對設(shè)備造價高，工藝控制困難，報廢率高。
[0003]目前高阻隔性普通尼龍，只有少數(shù)跨國公司生產(chǎn)，如美國杜邦、法國阿科瑪，國內(nèi)無生產(chǎn)企業(yè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種高阻隔性氧化石墨烯/尼龍納米復(fù)合材料的制備方法。氧化石墨烯(GO)作為一種片層狀碳納米填料，具有小的片層厚度和大的寬厚比，因此，極少的GO添加量就能有效改善普通尼龍的阻隔性能。該方法易加工、低成本，具有較高的實用意義和工業(yè)價值。
[0005]為實現(xiàn)這樣的目的，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，提供一種氧化石墨烯分布均勻、界面結(jié)合力好，能與基體形成化學(xué)結(jié)合的氧化石墨烯/普通尼龍納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0006](I)先將PA原料在攪拌條件下完全溶解于有機(jī)溶劑中，然后將氧化石墨烯GO溶于適量的水超聲分散后，緩慢加入到PA溶液中，室溫下攪拌一定時間后PA接枝到氧化石墨烯(GO)上，溶液烘干得到氧化石墨烯接枝尼龍(GO-g-PA)。
[0007](2)將重量百分比為98-99.7%的尼龍中，加入0.1-1%表面改性的氧化石墨烯，
0.1-0.5%的抗氧劑，0.1-0.5 %紫外光吸收劑，先在轉(zhuǎn)速為500-7000r/min的高速攪拌機(jī)上混合均勻，然后在普通的雙螺桿擠出機(jī)中制成粒料，螺桿溫度為230-280°C，轉(zhuǎn)速為100-500r/min，物料在螺桿中的停留時間為2_10min，擠出的物料經(jīng)過水冷式冷卻槽冷卻后，經(jīng)切粒機(jī)切粒，得到粒料，在真空烘箱中80 0C干燥24h。
[0008]本發(fā)明所述的普通尼龍為尼龍6或尼龍66。
[0009]本發(fā)明所述的氧化石墨烯為粉末狀，片徑彡2.0μπι，厚度彡1.2nm。
[0010]本發(fā)明所述的有機(jī)溶劑為甲酸、甲醇、乙醇、丙酮、二甲基亞砜或二甲基甲酰胺。
[0011]本發(fā)明所述的抗氧劑為N，N’_六亞甲基雙(3，5_二叔丁基4-羥基苯丙酰胺)、亞磷酸三(2，4_ 二叔丁基苯)酯或四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
[0012]本發(fā)明所述的紫外光吸收劑為2-(2’_羥基-3’，5’_二枯基苯基)苯并三氮唑或2-[4，6-雙(2，4-二甲基苯基)-1，3，5_三嗪-2-基]-5-(辛氧基)苯酚。
[0013]本發(fā)明方法簡單，先采用氧化石墨烯(GO)與尼龍(PA)反應(yīng)制備氧化石墨烯接枝尼龍(GO-g-PA)，再用雙螺桿擠出機(jī)，將尼龍、表面改性的氧化石墨烯、抗氧劑及紫外光吸收劑進(jìn)行共混，而得到尼龍為連續(xù)相基體的高阻隔性復(fù)合材料的新方法，使材料的阻隔性能得到明顯提高，并且力學(xué)性能、熱性能等綜合性能也在一定程度上得到提高。由于采用的是一種共混技術(shù)來制備高阻隔性尼龍復(fù)合材料，因而制備工藝簡單，廢料易于回收，降低了成本。
[0014]采用本發(fā)明的配方和工藝生產(chǎn)的高阻隔性尼龍復(fù)合材料，與現(xiàn)有的國外產(chǎn)品相比，在相同阻隔性能的前提下，價格不到跨國公司的一半，有很強(qiáng)的價格競爭優(yōu)勢，完全滿足客戶對高阻隔性產(chǎn)品的需要。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。
[0016]實施例1
[0017]本實施例高阻隔性氧化石墨烯/尼龍納米復(fù)合材料，由以下組分及重量份組成:氧化石墨烯:0.025kg，尼龍6: 4.935kg抗氧劑N，N’ -六亞甲基雙(3，5-二叔丁基-4-羥基苯丙酰胺):0.02kg，紫外光吸收劑2-(2 ’ -羥基-3 ’，5 ’ -二枯基苯基)苯并三氮唑:0.02kg。
[0018]本實施例高阻隔性氧化石墨烯/尼龍納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0019](I)稱取0.15kg的PA6原料溶盛有200ml甲醇的燒杯中，磁力攪拌使其完全溶解。將
0.025kg氧化石墨烯溶于適量的水超聲分散，在超聲頻率為20KHz下，進(jìn)行超聲振蕩50min。
[0020](2)將步驟(I)所得超聲振蕩后的懸濁液緩慢加入已溶解的PA6溶液中，磁力攪拌6h后停止反應(yīng)，在真空烘箱中80 0C下干燥至恒重。
[0021 ] (3)將0.025kg步驟(2)所得表面改性的氧化石墨烯與4.935kgPA6，0.02kg抗氧劑，
0.02kg紫外光吸收劑在高速攪拌機(jī)中充分混合均勻，高速攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分鐘，將混合后的物料放入雙螺桿擠出機(jī)中加工，螺桿轉(zhuǎn)速為260轉(zhuǎn)/分鐘，螺桿加料區(qū)溫度200-220°C，塑化區(qū)溫度230-240°C，口膜溫度225°C，物料在擠出機(jī)的停留時間約為2分鐘，擠出的物料在冷卻槽中冷卻，經(jīng)切粒機(jī)切粒，得到粒料，在真空烘箱中80 0C干燥24小時，得到高阻隔性氧化石墨烯/尼龍6納米復(fù)合材料。
[0022]本實施例高阻隔性氧化石墨烯/尼龍6材料中，氧化石墨烯分布均勻，氧化石墨烯與尼龍6形成化學(xué)結(jié)合，界面結(jié)合力強(qiáng)。該材料的阻隔性能比原PA6提高了 140%，同時機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性等也在一定程度上得到提高。
[0023]實施例2
[0024]按實施例1方法，將加入0.5表面改性的氧化石墨烯改為加入I 表面改性的氧化石墨烯，得到高阻隔性氧化石墨烯/尼龍6納米復(fù)合材料。該材料的阻隔性能比原PA6提高了近2倍，同時機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性等也在一定程度上得到提高。
【主權(quán)項】
1.高阻隔性氧化石墨烯/尼龍納米復(fù)合材料的制備方法，其特征是，包括以下步驟: (1)先將PA原料在攪拌條件下完全溶解于有機(jī)溶劑中，然后將氧化石墨烯GO溶于適量的水超聲分散后，緩慢加入到PA溶液中，室溫下攪拌一定時間后PA接枝到氧化石墨烯(GO)上，溶液烘干得到氧化石墨烯接枝尼龍(GO-g-PA)。 (2)將重量百分比為98-99.7%的尼龍中，加入0.1-1%表面改性的氧化石墨烯，0.Ι-Ο.5 % 的抗氧劑，0.1-0.5 %紫外光吸收劑，在轉(zhuǎn)速為500-7000r/min的高速攪拌機(jī)上混合均勻后在雙螺桿擠出機(jī)中制成粒料，螺桿溫度為230-280°C，轉(zhuǎn)速為100-500r/min，物料在螺桿中的停留時間為2-1 Omin，擠出的物料經(jīng)冷卻、切粒，然后在烘箱中80 V干燥24h。2.如權(quán)利要求1所述的高阻隔性氧化石墨烯/尼龍納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述氧化石墨烯為粉末狀，片徑< 2.Ομπι，厚度< 1.2nm;所述尼龍材料為尼龍6或尼龍66ο3.如權(quán)利要求1所述的高阻隔性氧化石墨烯/尼龍納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，所述有機(jī)溶劑為甲酸、甲醇、乙醇、丙酮、二甲基亞砜或二甲基甲酰胺。4.如權(quán)利要求1所述的高阻隔性氧化石墨烯/尼龍納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，所述抗氧劑為N，Y -六亞甲基雙(3，5_二叔丁基-4-羥基苯丙酰胺)、亞磷酸三(2，4_二叔丁基苯)酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯。所述紫外光吸收劑為2_( 2，-羥基-3 ’，5 ’ -二枯基苯基)苯并三氮唑、2-[4，6-雙(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)苯酚。5.高阻隔性氧化石墨烯/尼龍納米復(fù)合材料，其特征在于由權(quán)利要求1-5所述的方法制備。
【文檔編號】C08L77/06GK106009640SQ201610452395
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】韓立靜, 鄭叢叢
【申請人】青島萬林橡塑科技有限公司