一種尼龍6/植物纖維復合材料及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種尼龍6/植物纖維復合材料及其制備方法，該復合材料由如下重量份的組分經原位聚合法制備得到：ε-己內酰胺100份、植物纖維0.2-1.5份、催化劑0.3-0.8份、助催化劑0.3-1份、活化劑0.5-3份、水2-10份。其制備工藝為：將單體ε-己內酰胺經熔融，并與植物纖維、催化劑、助催化劑、活化劑和水攪拌混合均勻，并使植物纖維在熔融己內酰胺中單根分散，加入到反應釜中反應，經預聚、通氮氣除水和后聚過程制備得到了性能優異的尼龍6/植物纖維復合材料。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于復合材料
，具體而言，涉及，尤其涉及一種通過原位合成法制備的尼龍6/植物纖維復合材料。
技術介紹
植物纖維是自然界最為豐富的天然高分子材料，自然界中每年生長的纖維素(以天然植物纖維的形式存在)總量多達千億噸，遠遠超過了地球上現已探明的石油總儲量。植物纖維作為一種數量龐大且可再生的自然資源，如何發揮植物纖維各種優勢，從而找到更為有效的利用方式和更廣闊的應用領域，這是人們現階段的研究熱點。植物纖維的比強度接近玻璃纖維，比模量甚至超過玻璃纖維。從綜合性能以及性能穩定性方面來講，植物纖維各項力學性能較優，非常適合作為熱塑性塑料改性材料，比如植物纖維增強聚酰胺復合材料。目前，聚酰胺/植物纖維復合材料的制備主要以聚酰胺、聚酰胺預聚物為基體，通過共混方式實現植物纖維與聚合物的復合，采用的方法主要包括低溫共混法，在基體材料中加入鹽類物質的降低基體熔點法，與植物纖維共混制得復合材料、反應注射成型、直接熱壓成型法。Herman Wintin(ffinata H, Turng L, Daniel F，et al. Applications ofPolyamide /Cellulose Fiber /ffollastonite Composites for Microcellular InjectionMolding [J], Antec, 2003)采用微孔注射成型的方法，以降低注射成型的溫度，結果表明，微孔注射成型可在較低溫度(187°C )下進行，能夠 很好避免纖維在高溫下的降解，但超臨界流體引入的微孔在植物纖維周圍，影響界面粘結，沒有取得很好的增強效果；XuXiaolin(Cellulose fiber reinforced nylon 6 or nylon 66 composites[D]. Georgia: GeorgiaInstitute of Technology, 2008.)在低溫混合擠出后直接熱壓成型,發現熱壓成型各項力學性能不如擠出注射成型；McHenry (Composite materials based on wood and nylonfiber [J]. Composites Part A: applied science and manufacturing, 2003)等用廢舊尼龍纖維與木纖維先混合均勻，再在230°C熱壓2. 5min制得復合材料，所得復合材料較同等條件下制得的聚丙烯木纖維復合材料有更好的增強效果，但由于熱壓時間比較短，纖維含量超過2. 5%時傳熱就受到限制，尼龍塑化不完全，導致尼龍纖維不能很好與木纖維結合。陳禮輝(竹材化機漿增強熱塑性復合材料的研究中國造紙學報，2003)采用對撞流干燥技術利用熱氣流和濕漿料之間的剪切，和纖維之間的碰撞產生的剪切力可以使纖維得到良好分散，然后和聚酰胺以及其他助劑初混均勻后擠出，獲得的復合材料比用固定床干燥方式制得的復合材料性能有所提高。中國專利CN102337026A公開了一種天然植物纖維素改性PA6復合材料的制備方法，該方法植物纖維為針闊混合材，蔗渣，蘆葦或棉為原料制備的纖維素、纖維素有機改性物及其衍生醚，采用澆注成型工藝制備了的復合材料。而本專利技術采用原位聚合方法，使單體經過水解開環、預聚、后聚等聚合工藝，采用的植物纖維是造紙廠將植物經制漿過程去除木質素等成分得到新鮮紙漿纖維素，選自如下的一種或多種木纖維素、草纖維素、麻纖維素和竹纖維素，選用的植物纖維在聚合前無需改性，在聚合過程實現單體對纖維素的改性和植物纖維對尼龍6的改性，整個聚合過程實現了單體、植物纖維、聚合物之間的雙重改性，同時水解開環的聚合工藝有利于植物纖維在尼龍6基體中的均勻分散，制備的綜合性能優異的尼龍6/植物纖維復合材料。采用原位聚合的方法制備尼龍6/植物纖維復合材料，一方面充分高效的利用植物資源，拓展植物纖維的應用領域，另一方面，利用原位聚合的優勢將植物纖維和尼龍6結合，從而實現尼龍6的改性。因此研究原位聚合法制備尼龍6植物纖維的復合材料的結構和性能對自然資源的利用和工程塑料應用都有重要意義。從原料上，采用植物纖維作為原料，植物纖維綜合性能比較好，經過制漿過程，纖維素含量高，性能比較穩定，更適合在較高溫度下制備復合材料。從復合方法上，由于己內酰胺熔融單體粘度小容易預先對紙漿進行浸潤，然后己內酰胺在纖維周圍聚合成高聚物，從而獲得植物纖維原位均勻分散的尼龍6/植物纖維復合材料。
技術實現思路
鑒于現有技術的不足，本專利技術通過研究植物纖維原位聚合改性尼龍6的制備方法，利用植物纖維大的長徑比，帶羥基的植物纖維與極性的尼龍6有一定的相容性，實現植物纖維與單體己內酰胺的原位聚合，從而制備了尼龍6/植物纖維復合材料，拓展了植物纖維的應用領域。為實現本專利技術的目的，制備綜合性能優良的尼龍6/植物纖維復合材料，本專利技術人經過大量實驗，探索配方和聚合工藝參數，獲得了如下技術方案 一種尼龍6/植物纖維復合材料，由如下重量份的組分經原位聚合獲得 ε_己內酰胺 100份 植物纖維 O. 2 1. 5份 催化劑O. 3 O. 8份 助催化劑 O. 3 I份 活化劑O. 5- 3份 水2 10份。上述的尼龍6/植物纖維復合材料，其中所述的催化劑為6-氨基己酸或/和磷酸。上述的尼龍6/植物纖維復合材料，其中所述的助催化劑為磷酸鈉或/和核苷酸鈉。上述的尼龍6/植物纖維復合材料，其中所述的活化劑為乙酰基己內酰胺或/和己二異氰酸酯。上述的尼龍6/植物纖維復合材料，其中所述的植物纖維是造紙廠將植物經制漿過程去除木質素等成分得到新鮮紙漿纖維素，優選地，它選自如下的一種或多種木纖維素、草纖維素、麻纖維素和竹纖維素。一種上述尼龍6/植物纖維復合材料的制備方法，包括如下步驟將ε -己內酰胺熔融，并與植物纖維、催化劑、助催化劑、活化劑和水攪拌混合均勻，使植物纖維在熔融己內酰胺中單根分散，加入到反應釜中，在惰性氣體保護下進行預聚反應，然后通氮氣除水，抽真空后進行后聚反應，得到尼龍6/植物纖維復合材料。上述尼龍6/植物纖維復合材料的制備方法，其中所述預聚的反應溫度為180°C 200°C，壓力為4X IO5Pa 1. 2 X IO6Pa,反應時間為4 6小時；所述后聚的反應溫度為190°C 220°C，真空度為-O. 08MPa -O. 09MPa，反應時間為I 3小時。與現有技術相比，本專利技術涉及的尼龍6/植物纖維復合材料及其制備方法具有以下優點和顯著的進步 (I)本專利技術對原位聚合尼龍6/植物纖維復合材料的制備配方進行了有效改進，采用催化劑6-氨基己酸、磷酸與助催化劑磷酸鈉或核苷酸鈉并用組成復合催化劑，聚合得到了尼龍6/植物纖維復合材料。(2)本專利技術還改進了尼龍6/植物纖維復合材料的聚合工藝，預聚階段高溫高壓使單體充分水解開環，預聚完成后先通入氮氣除水再進入高溫減壓后聚階段，后聚過程保持體系真空度，同時利用后聚過程減壓聚合產生的大量熱量降低后聚階段的設定溫度，實現尼龍6的聚合。(3)改變傳統的共混方式實現高分子和植物纖維的復合，本專利技術采用原位聚合方法，預先將植物纖維單根分散在熔融的己內酰胺單體中，利用植物纖維和尼龍6極性相近，有一定的相容性，實現植物纖維和尼龍6的復合，尼龍6/植物纖維本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種尼龍6/植物纖維復合材料，其特征在于：由如下重量份的組分經原位聚合獲得：ε?己內酰胺???100份植物纖維?????0.2～1.5份催化劑???????0.3～0.8份助催化劑?????0.3～1份活化劑???????0.5?～3份?水???????????2～10份。

【技術特征摘要】
1.一種尼龍6/植物纖維復合材料，其特征在于由如下重量份的組分經原位聚合獲得 ε_己內酰胺 100份 植物纖維 O. 2 1. 5份 催化劑O. 3 O. 8份 助催化劑 O. 3 I份 活化劑O. 5- 3份 水2 10份。2.根據權利要求1所述的尼龍6/植物纖維復合材料，其特征在于所述的催化劑為6-氨基己酸或/和磷酸。3.根據權利要求1所述的尼龍6/植物纖維復合材料，其特征在于所述的助催化劑為磷酸鈉或/和核苷酸鈉。4.根據權利要求1所述的尼龍6/植物纖維復合材料，其特征在于所述的活化劑為乙酰基己內酰胺或/和己二異氰酸酯。5.根據權利要求1所述的尼龍6/植物纖維復合材料，其特征在于所述植物纖維選自如下的一種或多種木纖...

【專利技術屬性】
技術研發人員：彭少賢，趙西坡，
申請(專利權)人：湖北工業大學，
類型：發明
國別省市：