本發(fā)明方法涉及高分子技術(shù)領域，具體涉及一種原位聚合制備澆鑄尼龍/鎂鹽晶須納米復合材料的方法及其產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

納米復合材料是以樹脂、橡膠、陶瓷和金屬等基體為連續(xù)相，以納米尺寸的剛性粒子和其他無機粒子、纖維等改性劑為分散相，通過適當?shù)闹苽浞椒▽⒏男詣┚鶆蛐缘胤稚⒂诨w材料中，形成一相含有納米尺寸材料的復合體系。納米復合材料由于其優(yōu)良的綜合性能，特別是其性能的可設計性，被廣泛應用于航空航天、國防、交通、體育等領域。

鎂鹽晶須是一種新型的高性能無機增強材料，它是在特殊條件下以單晶形式生長成的纖維，其亞微米和納米級尺寸的直徑以及有序的原子排列，使其內(nèi)部存在的缺陷很少，因而具有很高的強度，且遠超過目前大量使用的各種增強劑。單晶結(jié)構(gòu)的鎂鹽晶須與塑料復合有明顯的增強效果，聚合物中加入鎂鹽晶須能顯著地提高其力學性能。

中國專利cn101525434a，堿式硫酸鎂晶須增強改性反應注射尼龍復合材料及其制備方法，是在高速攪拌機中使用硅烷類偶聯(lián)劑對堿式硫酸鎂晶須進行表面預處理，然后與己內(nèi)酰胺進行真空除水，加入催化劑及助催化劑后經(jīng)計量泵注射到模具中進行聚合反應。專利cn10501775a，一種堿式硫酸鎂晶須/pa610t復合材料及其制備方法，也是通過對晶須進行高速表面改性，并加入相容劑、潤滑劑和抗氧劑進行熔融擠出。

上述尼龍/鎂鹽晶須復合材料的制備，都是先對晶須進行表面改性，再與聚酰胺樹脂熔融共混。然而在鎂鹽晶須的表面處理及混合過程中的快速攪拌，將會破壞晶須的長徑比，進而降低其增強、阻燃能力。另一方面，鎂鹽晶須具有的大長徑比及小比重的特性，不僅導致進料時形成架橋現(xiàn)象，而且在熔融共混過程中難在聚合物基體中達到好的分散，對生產(chǎn)和機械性能造成不利影響。因此，鎂鹽晶須在聚合物基體中的均勻分散決定了鎂鹽晶須/聚合物納米復合材料整體性能的增強程度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種原位聚合制備澆鑄尼龍/鎂鹽晶須納米復合材料的方法及其產(chǎn)品，在保證鎂鹽晶須有效分散的情況下通過陰離子開環(huán)聚合的方法制備出澆鑄尼龍/鎂鹽晶須納米復合材料。

一種原位聚合制備澆鑄尼龍/鎂鹽晶須納米復合材料的方法，包括以下步驟：

（1）將鎂鹽晶須在熔融態(tài)聚酰胺單體中進行預分散得混合熔液，所述鎂鹽晶須質(zhì)量占聚酰胺單體質(zhì)量的1~30%；

（2）在混合熔液中加入催化劑、活化劑和其他助劑，然后采用原位陰離子開環(huán)聚合工藝澆鑄制備出鎂鹽晶須/聚酰胺復合材料。

進一步方案，所述的聚酰胺是指分子鏈中含有酰胺鍵、重均分子量在5000~100000的一種內(nèi)酰胺的聚合物或至少兩種內(nèi)酰胺的共聚物。

所述內(nèi)酰胺是指環(huán)狀酰胺或環(huán)狀酰胺衍生物中的至少一種。

所述環(huán)狀酰胺或環(huán)狀酰胺衍生物為戊內(nèi)酰胺、己內(nèi)酰胺、庚內(nèi)酰胺、辛內(nèi)酰胺、壬內(nèi)酰胺、癸內(nèi)酰胺、十一內(nèi)酰胺、十二內(nèi)酰胺、戊二酰亞胺或己二酰亞胺。

所述的鎂鹽晶須是指堿式氯化鎂晶須、氫氧化鎂晶須、氧化鎂晶須或硼酸鎂晶須的的至少一種。

所述步驟（1）中預分散是指超聲分散5~90分鐘。

所述步驟（2）中混合熔液先升溫至140~180℃，加入催化劑、活化劑和其他助劑后進行真空除水操作，再采用原位陰離子開環(huán)聚合工藝澆鑄制備鎂鹽晶須/聚酰胺復合材料；所述真空除水的時間為20~60分鐘；所述原位陰離子開環(huán)聚合工藝澆鑄成型制備的時間為10~30分鐘、澆鑄的模溫為160~180℃。

所述催化劑為堿土金屬、氫氧化鈉、己內(nèi)酰胺納、碳酸鈉、氫化鋰或氫氧化鉀中的至少一種，其用量是聚酰胺單體重量的0.1~10%；

所述活化劑為n-乙?；簝?nèi)酰胺、n-苯甲酰己內(nèi)酰胺、2,4-甲苯二異氰酸酯和2-苯基甲烷二異氰酸酯中的至少一種，其用量是聚酰胺單體重量的0.05~10%；

所述其他助劑選自抗氧劑、阻燃劑或光穩(wěn)定劑中的至少一種，其用量是聚酰胺單體重量的0~5%。

本發(fā)明的另一個發(fā)明目的是提供經(jīng)上述方法制備的澆鑄尼龍/鎂鹽晶須納米復合材料。

本發(fā)明方法的有益效果有：

1、本發(fā)明采用原位陰離子開環(huán)聚合工藝澆鑄制備出鎂鹽晶須/聚酰胺復合材料，其比采用熔融聚合、反應擠出等聚合工藝，更有利于鎂鹽晶須在聚合物基體中的分散。

2、本發(fā)明將鎂鹽晶須在熔融聚酰胺單體中采用超聲粉碎機進行預分散，使鎂鹽晶須在聚合物基體中達到很好的分散，從而克服了純鎂鹽晶須由于比重低而難在聚合物基體中分散的難題。

3、本發(fā)明的制備方法相對于通過對鎂鹽晶須進行改性后再制備聚合物/鎂鹽晶須復合材料來說，步驟要簡單的多，力學性能優(yōu)良，更適合工業(yè)化生產(chǎn)。

4、本發(fā)明未對鎂鹽晶須進行高速混合的表面改性處理，避免了對其長徑比的破壞，保留了鎂鹽晶須本身所具備優(yōu)異力學性能，并通過本身的羥基與尼龍基體的分子間作用，有效提高了聚合物復合材料相關性能。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。

實施例1

（1）在1000ml的三口燒瓶內(nèi)放入500g的己內(nèi)酰胺，加熱至其完全熔融后，加入5g的硼酸鎂納米晶須，進行超聲分散5分鐘，使硼酸鎂晶須完全分散在熔融己內(nèi)酰胺單體中；

（2）將混合熔液升溫至140℃，抽真空、除水20分鐘后，再加入5g的氫氧化鈉和2.5g的2,4-甲苯二異氰酸酯（tdi），混合均勻，通過原位陰離子開環(huán)聚合工藝進行澆鑄，其模溫控制在160℃，反應30分鐘后，冷卻，得澆鑄尼龍/硼酸鎂晶須納米復合材料。

為了保證結(jié)果的可比較性，按實施例1的制備方法與原料，僅改變硼酸鎂納米晶須的含量來制備實施例2-3，具體為：

實施例2

制備過程與原料同實施例1，僅改變硼酸鎂納米晶須的加入量為75g。

實施例3

制備過程與原料同實施例1，僅改變硼酸鎂納米晶須的加入量為150g。

實施例4

（1）在1000ml的三口燒瓶內(nèi)放入500g的戊內(nèi)酰胺，加熱至其完全熔融后，加入50g的硼酸鎂納米晶須，進行超聲分散90分鐘，使硼酸鎂晶須完全分散在熔融戊內(nèi)酰胺單體中；

（2）將混合熔液升溫至160℃，抽真空、除水20分鐘，再加入10g的氫氧化鈉和5g的2,4-甲苯二異氰酸酯（tdi），混合均勻，通過原位陰離子開環(huán)聚合工藝進行澆鑄，其模溫控制在180℃，反應10分鐘后，冷卻，得澆鑄尼龍/硼酸鎂晶須納米復合材料。

實施例5

（1）在1000ml的三口燒瓶內(nèi)放入500g的十二內(nèi)酰胺，加熱至其完全熔融后，加入25g的硼酸鎂納米晶須，進行超聲分散40分鐘，使硼酸鎂晶須完全分散在熔融十二內(nèi)酰胺單體中；

（2）將混合熔液升溫至180℃，抽真空、除水40分鐘，再加入0.5g的氫氧化鈉和0.25g的2,4-甲苯二異氰酸酯（tdi），混合均勻，通過原位陰離子開環(huán)聚合工藝進行澆鑄，其模溫控制在160℃，反應30分鐘后，冷卻，得澆鑄尼龍/硼酸鎂晶須納米復合材料。

實施例6

（1）在1000ml的三口燒瓶內(nèi)放入500g的己二酰亞胺，加熱至其完全熔融后，加入15g的硼酸鎂納米晶須，進行超聲分散40分鐘，使硼酸鎂晶須完全分散在熔融己二酰亞胺單體中；

（2）將混合熔液升溫至180℃，抽真空、除水30分鐘，再加入15g的氫化鋰、30g的2-苯基甲烷二異氰酸酯（mdi）和5g的2，6-三丁基-4-甲基苯酚（抗氧劑），混合均勻，通過原位陰離子開環(huán)聚合工藝進行澆鑄，其模溫控制在160℃，反應40分鐘后，冷卻，得澆鑄尼龍/硼酸鎂晶須納米復合材料。

實施例7

（1）在1000ml的三口燒瓶內(nèi)放入500g的戊二酰亞胺，加熱至其完全熔融后，加入25g的硼酸鎂納米晶須，進行超聲分散30分鐘，使硼酸鎂晶須完全分散在熔融的戊二酰亞胺單體中；

（2）將混合熔液升溫至160℃，抽真空、除水20分鐘，再加入5g的氫氧化鉀、5g的2,4-甲苯二異氰酸酯（tdi）和10g的雙（3，5-三丁基-4-羥基苯基）硫醚（抗氧劑）及5g的三氧化二銻（阻燃劑），混合均勻，通過原位陰離子開環(huán)聚合工藝進行澆鑄，其模溫控制在180℃，反應30分鐘后，冷卻，得澆鑄尼龍/硼酸鎂晶須納米復合材料。

實施例8

（1）在1000ml的三口燒瓶內(nèi)放入500g的癸內(nèi)酰胺，加熱使其完全熔融后，加入15g的硼酸鎂納米晶須，進行超聲分散20分鐘，使硼酸鎂晶須完全分散在熔融癸內(nèi)酰胺單體中；

（2）將混合熔液升溫至180℃，抽真空、除水30分鐘，再加入20g的己內(nèi)酰胺鈉、5g的2,4-甲苯二異氰酸酯（tdi）和1g三辛酯（抗氧劑）、5g的三氧化二銻及0.5g光穩(wěn)定劑770，混合均勻，通過原位陰離子開環(huán)聚合工藝進行澆鑄，其模溫控制在160℃，反應40分鐘后，冷卻，得澆鑄尼龍/硼酸鎂晶須納米復合材料。

實施例9

（1）在1000ml的三口燒瓶內(nèi)放入500g的己內(nèi)酰胺，加熱使其完全熔融后，加入10g的堿式氯化鎂晶須，進行超聲分散30分鐘，使堿式氯化鎂晶須完全分散在熔融己內(nèi)酰胺單體中；

（2）將混合熔液升溫至150℃，抽真空、除水30分鐘，再加入10g的氫氧化鈉、10g的2,4-甲苯二異氰酸酯（tdi）和0.5g三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯（抗氧劑168）、1g的三聚氰胺磷酸酯(阻燃劑)及1g光穩(wěn)定劑，混合均勻，通過原位陰離子開環(huán)聚合工藝進行澆鑄，其模溫控制在160℃，反應40分鐘后，冷卻，得澆鑄尼龍/硼酸鎂晶須納米復合材料。

實施例10

（1）在1000ml的三口燒瓶內(nèi)放入500g的戊內(nèi)酰胺，加熱至其完全熔融后，加入10g的堿式氯化鎂納米晶須，進行超聲分散20分鐘，使堿式氯化鎂晶須完全分散在熔融戊內(nèi)酰胺單體中；

（2）將混合熔液升溫至160℃，抽真空、除水20分鐘，再加入15g的氫氧化鈉和7.5g的2-苯基甲烷二異氰酸酯（mdi），混合均勻，通過原位陰離子開環(huán)聚合工藝進行澆鑄，其模溫控制在160℃，反應30分鐘后，冷卻，得澆鑄尼龍/堿式氯化鎂晶須納米復合材料。

實施例11

（1）在1000ml的三口燒瓶內(nèi)放入500g的十二內(nèi)酰胺，加熱至80℃左右,使其完全熔融后，加入5g的堿式氯化鎂納米晶須，進行超聲分散20分鐘，使硼酸鎂晶須完全分散在熔融十二內(nèi)酰胺單體中；

（2）將混合熔液升溫至160℃，抽真空、除水20分鐘，再加入5g的氫氧化鈉和2.5g的2,4-甲苯二異氰酸酯（tdi），混合均勻，通過原位陰離子開環(huán)聚合工藝進行澆鑄，其模溫控制在160℃，反應30分鐘后，冷卻，得澆鑄尼龍/堿式氯化鎂晶須納米復合材料。

實施例12

（1）在1000ml的三口燒瓶內(nèi)放入500g的十一內(nèi)酰胺，加熱至80℃左右,使其完全熔融后，加入20g的氧化鎂納米晶須，進行超聲分散60分鐘，使氧化鎂晶須完全分散在熔融十一內(nèi)酰胺單體中；

（2）將混合熔液升溫至150℃，抽真空、除水40分鐘，再加入15g的碳酸鈉和7.5g的n-乙?；簝?nèi)酰胺，混合均勻，通過原位陰離子開環(huán)聚合工藝進行澆鑄，其模溫控制在180℃，反應20分鐘后，冷卻，得澆鑄尼龍/氧化鎂晶須納米復合材料。

實施例13

（1）在1000ml的三口燒瓶內(nèi)放入500g的辛內(nèi)酰胺，加熱至其完全熔融后，加入50g的氧化鎂納米晶須，進行超聲分散60分鐘，使氧化鎂晶須完全分散在熔融辛內(nèi)酰胺單體中；

（2）將混合熔液升溫至150℃，抽真空、除水40分鐘，再加入15g的己內(nèi)酰胺鈉和25g的n-苯甲酰己內(nèi)酰胺，混合均勻，通過原位陰離子開環(huán)聚合工藝進行澆鑄，其模溫控制在160℃，反應30分鐘后，冷卻，得澆鑄尼龍/氧化鎂晶須納米復合材料。

實施例14

（1）在1000ml的三口燒瓶內(nèi)放入500g的庚內(nèi)酰胺，加熱至80℃左右,使其完全熔融后，加入15g的氫氧化鎂納米晶須，進行超聲分散40分鐘，使氫氧化鎂晶須完全分散在熔融庚內(nèi)酰胺單體中；

（2）將混合熔液升溫至160℃，抽真空、除水40分鐘，再加入15g的己內(nèi)酰胺鈉和25g的n-苯甲酰己內(nèi)酰胺，混合均勻，通過原位陰離子開環(huán)聚合工藝進行澆鑄，其模溫控制在160℃，反應30分鐘后，冷卻，得澆鑄尼龍/氫氧化鎂晶須納米復合材料。

實施例15

（1）在1000ml的三口燒瓶內(nèi)放入500g的壬內(nèi)酰胺，加熱至80℃左右,使其完全熔融后，加入5g的氫氧化鎂納米晶須，進行超聲分散20分鐘，使氫氧化鎂晶須完全分散在熔融壬內(nèi)酰胺單體中；

（2）將混合熔液升溫至160℃，抽真空、除水30分鐘，再加入10g的氫化鋰、10g的2-苯基甲烷二異氰酸酯（mdi），混合均勻，通過原位陰離子開環(huán)聚合工藝進行澆鑄，其模溫控制在180℃，反應20分鐘后，冷卻，得澆鑄尼龍/氫氧化鎂晶須納米復合材料。

上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領域的普通技術(shù)人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。