一种氧化石墨烯、绢云母、聚酰胺6复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化石墨烯、绢云母、聚酰胺6复合材料及其制备方法，属于高分子材料领域。针对聚酰胺6工业丝力学性能的高要求，本发明专利技术公开了一种用于制备高强低伸长率聚酰胺纤维的复合材料，首先将氧化石墨烯通过超声、剪切、乳化一体化技术分散于开环剂溶液，然后将改性绢云母和其分散液反应再通过超声、剪切、乳化一体化技术分散，最后和液体己内酰胺进行混合分散进行原位聚合改性。本发明专利技术的聚酰胺6复合材料制得的纤维不仅力学性能优异而且具有多功能性。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯、绢云母、聚酰胺6复合材料及其制备方法
本专利技术属于高分子材料领域，更具体地说，涉及一种氧化石墨烯、绢云母、聚酰胺6复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚酰胺-6纤维是由单体己内酰胺开环聚合、纺丝所得的聚己内酰胺纤维，又名尼龙6或锦纶6，具有机械强度高、韧性好、耐磨、耐弱酸碱等优点，目前广泛应用于纺丝及工程塑料领域。然而，随着工业现代化进程的加快，传统的聚酰胺-6已经不能再满足人们的需求，多功能聚酰胺-6纤维已经成为发展趋势。目前主要改性手段是对含有聚酰胺-6的基体树脂进行改性，一般引入玻璃纤维、纳米二氧化硅、碳纳米管、蒙脱土、云母、纳米银、铜、锌等来获取高性能聚酰胺-6产品。上述改性方式能在一定程度上提高聚酰胺-6材料的特定性能，然而由于绝大部分的改性都是通过物理共混的方式进行的，导致改性材料在基体聚酰胺-6中的分散性不好，改性时易团聚，改性效果并不理想。石墨烯是由杂化的碳原子构成的二维碳原子片，碳原子呈六方蜂窝状；其由一层碳原子构成的特点被赋予了多种性能；氧化石墨烯(GO)是在石墨烯的基础上引入功能性的基团，使其具有某些新特性的一种功能化的石墨烯，功能性的基团包括位于氧化石墨烯的基面上的羟基和环氧基以及边缘处的羧基和羟基，利用氧化石墨烯表面基团可以进行原位聚合改性，提高石墨烯在基体材料中的分散性，降低石墨烯的改性用量。绢云母是非常细小的鳞片状白云母，因其解理面呈现丝绢光泽而得名，其分子式为KAl[AlSi3O10](OH)2。绢云母是以两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体为基本结构单元，并在结构单元之间填充K+而构成的2∶1型层状硅酸盐矿物，其单元片层性能优异而稳定。绢云母属于单斜晶体，抗磨性和耐磨性好，耐热绝缘，难溶于酸碱溶液，化学性质稳定。其弹性模量为1505～2134MPa，耐热度500～600℃，导热率0.419～0.670W/(m·K)。
技术实现思路
针对改性聚酰胺6纤维存在的分散性差、改性效果不佳以及工业丝要求高强低伸长率的问题，本专利技术提供一种氧化石墨烯、绢云母、聚酰胺6复合材料及其制备方法，本专利技术是通过将氧化石墨烯混合液和改性绢云母通过超声、剪切、乳化一体化技术进行分散混合，得到复配产物，再将氧化石墨烯和绢云母复配产物和单体己内酰胺进行开环、聚合反应实现氧化石墨烯和绢云母对聚酰胺-6进行改性目的。为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种氧化石墨烯、绢云母、聚酰胺6复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将氧化石墨烯粉体分散至开环溶液中，得到分散液；步骤2，将改性绢云母分散于步骤1得到的分散液中，分散处理的时间为2～4h，得到复配分散液，所述氧化石墨烯粉体、改性绢云母的质量比是1:(1～25)；步骤3，将步骤2得到的复配分散液和己内酰胺液体按照氧化石墨烯、己内酰胺的质量比是1:(10～200)进行混合、分散，得到分散后混合液；步骤4，将步骤3得到的混合液进行开环反应、聚合反应、切片、萃取、干燥，得到氧化石墨烯、绢云母、聚酰胺6复合材料。优选地，所述步骤1和步骤3中的分散方式均为超声、剪切、乳化同时进行的复合混合分散方式。优选地，所述步骤1中的氧化石墨烯粉体的片径为100～300nm，片层厚度为1.1～3.5nm。优选地，所述步骤1中的开环溶液为去离子水、氨基己酸水溶液、氨基己酸有机溶液、己二胺水溶液中的一种或一种以上。优选地，所述步骤2中的改性绢云母为通过含氨基的硅烷偶联剂改性的绢云母，所述含氨基的硅烷偶联剂为KH-540、KH-550、KH-551、KH-602、KH-791、KH-792、KH-901、KH-902中的一种或一种以上，所述步骤2中的绢云母为5000目。优选地，将所述步骤3得到的混合液减压蒸馏去除水之后再进行所述步骤4的操作。优选地，所述步骤4中的开环反应条件为255～275℃，0.15～0.90MPa，反应时间为1.5～4h；所述步骤4中的聚合反应条件为240～255℃，-0.01～-0.10MPa，反应时间为3～10h。优选地，还包括预处理步骤，所述的预处理步骤在步骤1之前，将氧化石墨烯进行分散、洗涤、干燥处理得到氧化石墨烯粉体。优选地，所述预处理步骤中的分散方式为超声、剪切、乳化同时进行的复合混合分散方式，所述预处理步骤中的分散剂为N,N-二甲基甲酰胺、水、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇中的一种或一种以上。一种氧化石墨烯、绢云母、聚酰胺6复合材料，采用上述方法制备而成。相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)目前绢云母用于改性聚酰胺-6纤维未见报道，聚酰胺6切片纺丝时对切片的质量要求较高，尤其是是切片熔体的流体均匀性，直接用云母粉体进行改性，云母和基体聚酰胺6的相容性较差，容易发生聚集，从而影响纺丝；尤其是难以和石墨烯进行复配再进行原位聚合改性，本专利技术通过氧化石墨烯和改性绢云母的复配原位改性聚酰胺-6，得到了多功能性尼龙6纤维；现有技术只能通过某种改性达到单一功能性纤维，本专利技术提供了一种通过纳米材料改性同时得到多种功能的纤维改性方法，降低了改性成本；(2)本专利技术一种氧化石墨烯、绢云母、聚酰胺6复合材料的制备方法采用首先将氧化石墨烯分散至开环溶液，再将混合液与改性云母混合分散再进行原位聚合改性聚酰胺6，克服了现有技术中直接采用氧化石墨烯、液体己内酰胺、开环剂混合时产生的粉体在基体材料中分散不均的问题；采用本专利技术的制备条件，氧化石墨烯与液体己内酰胺可以充分接触反应，分散效果好，聚酰胺-6改性效果好，得到的改性聚酰胺-6制成产品抑菌率达到99％以上，且抗菌性能稳定，操作步骤简单，利于推广。(3)本专利技术的一种氧化石墨烯、绢云母、聚酰胺6复合材料的制备方法，首先将开环剂配制成开环溶液作为氧化石墨烯的分散液，再将所得混合液与改性云母进行混合分散，最后和液体己内酰胺进行混合分散反应，可以使开环剂更充分溶解，发挥更优异的作用，与氧化石墨烯的分散液、液体己内酰胺、开环剂混合反应的方式相比，制得的产品改性效果更好；(4)本专利技术采用的超声、剪切、乳化结合的分散方式条件较为温和，分散剂可选择环境友好型的去离子水、乙二醇试剂，现有技术中的方法为提高氧化石墨烯在溶液中分散性通常需要对氧化石墨烯进行共价键改性，改性处理过程中需要使用大量毒性较大的有机试剂，对环境造成较大负荷；本专利的方法可进一步降低环境污染；(5)本专利技术的方法步骤简单，由该方法得到的材料产品综合性能好，在具有多功能性的同时，聚酰胺6纤维的导热性、力学性能都变得更好；(6)本专利技术的混合液进行反应时，首先在275℃，0.35MPa的条件下开环反应1.5小时，开环时加热保证整个反应体系的熔融状态，使反应能够进行，然后在255℃，-0.15MPa的条件下聚合3小时，由于缩聚平衡阶段有水生成，负压有脱水的作用，有助于缩聚反应的正向进行，整个反应阶段耗费时间较短，反应效率高。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进一步进行描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。实施例1步骤1，将100kg氧化石墨烯浆料进行喷雾干燥得到氧化石墨烯粉体，所述的氧化石墨烯浆料固含量为3％，购自常州第六元素材料科技股份有限公司；然后用去离子水将氧化石墨烯粉体进行多次洗涤、抽滤，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化石墨烯、绢云母、聚酰胺6复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将氧化石墨烯粉体分散至开环溶液中，得到分散液；步骤2，将改性绢云母分散于步骤1得到的分散液中，分散处理的时间为2～4h，得到复配分散液，所述氧化石墨烯粉体、改性绢云母的质量比是1:(1～25)；步骤3，将步骤2得到的复配分散液和己内酰胺液体按照氧化石墨烯、己内酰胺的质量比是1:(10～200)进行混合、分散，得到分散后混合液；步骤4，将步骤3得到的混合液进行开环反应、聚合反应、切片、萃取、干燥，得到氧化石墨烯、绢云母、聚酰胺6复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯、绢云母、聚酰胺6复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将氧化石墨烯粉体分散至开环溶液中，得到分散液；步骤2，将改性绢云母分散于步骤1得到的分散液中，分散处理的时间为2～4h，得到复配分散液，所述氧化石墨烯粉体、改性绢云母的质量比是1:(1～25)；步骤3，将步骤2得到的复配分散液和己内酰胺液体按照氧化石墨烯、己内酰胺的质量比是1:(10～200)进行混合、分散，得到分散后混合液；步骤4，将步骤3得到的混合液进行开环反应、聚合反应、切片、萃取、干燥，得到氧化石墨烯、绢云母、聚酰胺6复合材料。2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯、绢云母、聚酰胺6复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1和步骤3中的分散方式均为超声、剪切、乳化同时进行的复合混合分散方式。3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯、绢云母、聚酰胺6复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的氧化石墨烯粉体的片径为100～300nm，片层厚度为1.1～3.5nm。4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯、绢云母、聚酰胺6复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的开环溶液为去离子水、氨基己酸水溶液、氨基己酸有机溶液、己二胺水溶液中的一种或一种以上。5.根据权利要求1所述的氧化石墨烯、绢云母、聚酰胺6复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的改性绢云母为通过含氨基的硅烷偶联剂改性的绢云...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹建鹏，梁燕，蒋炎，黄荣庆，马宏明，刘雪静，戴树洌，周露，周良艳，吴华杰，姜文静，高宇辉，
申请(专利权)人：常州恒利宝纳米新材料科技有限公司，南通九野智能科技有限公司，北京服装学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32