一种氧化石墨烯、海泡石、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、海泡石、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纤维易燃的问题，本发明专利技术公开了一种制备纺丝用阻燃聚酰胺6复合材料，通过将氧化石墨烯混合液和改性海泡石进行接枝改性，得到接枝改性产物，再将氧化石墨烯和海泡石接枝改性产物和单体己内酰胺进行聚合反应实现氧化石墨烯和海泡石对聚酰胺‑6进行改性目的，本发明专利技术的聚酰胺6复合材料不仅具有阻燃性同时还具备多功能性。 1

Graphene oxide, sepiolite and polyamide 6 composite material and preparation method thereof

The invention discloses a composite material of graphene oxide, sepiolite and polyamide 6 and a preparation method thereof, belonging to the field of polymer materials. In view of the flammable problem of polyamide 6 fiber, a kind of flame retardant polyamide 6 composite was prepared. The graft modification product was obtained by grafting the mixed solution of graphene oxide and the modified sepiolite, and then the polymerization of graphene oxide and sepiolite and the monomer caprolactam were polymerized. The purpose of this study is to achieve the purpose of modifying the polyamide 6 with graphene oxide and sepiolite, and the polyamide 6 composite material has not only flame retardancy but also versatile properties. One

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯、海泡石、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、海泡石、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。海泡石是一种具有链状结构的硅酸盐矿物，其晶体结构具有连续的硅氧四面体层，每个硅氧四面体层共用三个顶角同相邻的三个四面体相连。硅氧四面体单元以氧原子连接在镁八面体上且呈连续排列。海泡石具有较高的长径比，比表面积理论值高达900m2/g，热稳定性好，耐高温性可达1500-1700℃。
技术实现思路
针对改性聚酰胺6纤维存在的分散性差、改性效果不佳以及聚酰胺6易燃的问题，本专利技术提供一种氧化石墨烯、海泡石、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海泡石进行接枝改性，得到接枝改性产物，再将氧化石墨烯和海泡石接枝改性产物和单体己内酰胺进行聚合反应实现氧化石墨烯和海泡石对聚酰胺-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、海泡石、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，将改性海泡石分散于步骤1得到的分散液中，对海泡石进行接枝改性，所述改性海泡石与氧化石墨烯粉体的质量比是(1～20):1，所述接枝改性的反应条件为在70～120℃，常压下，搅拌反应2～6h；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、己内酰胺的质量比为1:(10～200)进行混合、分散，得到分散后混合液，步骤4，将步骤3得到的混合液依次进行开环反应、聚合反应、切片、萃取、干燥，得到氧化石墨烯、海泡石、聚酰胺6复合材料。更进一步地，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。更进一步地，所述步骤1中的氧化石墨烯粉体的片径为100～500nm，片层厚度为1.0～3.5nm。更进一步地，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。更进一步地，所述步骤2中的改性海泡石是通过含氨基的硅烷偶联剂改性得到的改性海泡石，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的一种或一种以上，所述步骤2中的海泡石为5000目。更进一步地，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。更进一步地，所述步骤4中的开环反应条件为255～275℃，0.15～0.85MPa，反应时间为1.5～4h；所述步骤4中的聚合反应条件为240～255℃，-0.05～-0.20MPa，反应时间为3～10h。更进一步地，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。更进一步地，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、海泡石、聚酰胺6复合材料，采用前述方法制备而成。相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术主要通过氧化石墨烯和改性海泡石进行接枝改性后再进行原位聚合改性聚酰胺-6，氧化石墨烯和改性海泡石的接枝改性的方法让氧化石墨烯和海泡石在聚酰胺6基体中得到了很好的分散；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，且改性成本较低；(2)本专利技术的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，然后将改性海泡石与氧化石墨烯分散液进行接枝改性，再将混合液与液体己内酰胺混合进行混合分散反应的方式，克服了现有技术中直接添加氧化石墨烯粉体、液体己内酰胺、开环剂混合时产生的固、液混合不均匀的缺陷，采用本专利技术的制备条件，氧化石墨烯、海泡石通过化学键结合，在基体中的分散更加均匀，改性聚酰胺6具有较好的可纺性；(3)本专利技术的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海泡石进行接枝改性，可以使开环剂更充分溶解、分散，发挥更优异的作用，与传统矿物粉体改性相比在基体中的分散更加均匀，充分发挥改性效果；(4)本专利技术的复合材料的制备方法，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；本专利的方法可显著减少环境污染；(5)本专利技术的复合材料的制备方法步骤简单，由该方法得到的材料产品综合性能好，通过调节氧化石墨烯和改性海泡石的质量比调整复合材料中碳、硅元素比达到协调阻燃效应；(6)本专利技术的复合材料的制备方法中，混合液进行反应时，首先进行开环反应，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，然后进行聚合反应，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，得到氧化石墨烯滤饼，对氧化石墨烯滤饼进行微波干燥，得到纯净的氧化石墨烯粉体。洗涤、抽滤的目的在于去除氧化石墨烯制备过程中残留的Ka、Na、Mn、Ca、Mg、Al等金属离子。步骤2，将步骤1得到的氧化石墨烯粉体在100kgDMF溶液中分散，通过分散方式为超声、剪切、乳化同时进行的复合混合分散方式处理得到氧化石墨烯DMF分散液，将分散液进行喷雾干燥得到纳米级、单层率高的氧化石墨烯粉体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化石墨烯、海泡石、聚酰胺6复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯、海泡石、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，将改性海泡石分散于步骤1得到的分散液中，对海泡石进行接枝改性，所述改性海泡石与氧化石墨烯粉体的质量比是(1～20):1，所述接枝改性的反应条件为在70～120℃，常压下，搅拌反应2～6h；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、己内酰胺的质量比为1:(10～200)进行混合、分散，得到分散后混合液，步骤4，将步骤3得到的混合液依次进行开环反应、聚合反应、切片、萃取、干燥，得到氧化石墨烯、海泡石、聚酰胺6复合材料。2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯、海泡石、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、海泡石、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100～500nm，片层厚度为1.0～3.5nm。4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯、海泡石、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、海泡石、聚酰胺6复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的改性海泡石是通过含氨...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁燕，曹建鹏，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