一种纳米复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米复合材料的制备方法，其特征在于，制备方法包括以下步骤：A、将液体介质与纳米材料混合搅拌，得到膏状纳米混合材料；B、将步骤A中所述纳米混合材料与热塑性聚合物混合得到共混物；C、将步骤B中共混物进行熔融共混，得到纳米复合材料。此方法工艺简单，生产成本低，易推广，生产的纳米复合材料具有较高的抗冲击强度和拉伸强度，在航空航天、国防、交通、体育等领域均能得到广泛应用。

Preparation of a nanocomposite

【技术实现步骤摘要】
一种纳米复合材料的制备方法
本专利技术属于复合材料
，具体地说，涉及一种纳米复合材料的制备方法。
技术介绍
纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相，以纳米尺寸的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维、纳米碳管等改性剂为分散相，通过适当的制备方法将改性剂均匀性地分散于基体材料中，形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系，这一体系材料称之为纳米复合材料。以热塑性聚合物为基体的纳米复合材料因其高强度、高耐磨、高回弹、高韧性、耐撕裂、可加工、可回收等优良综合特性，已被广泛应用于国防、汽车、运动、医疗、涂料等领域。目前热塑性纳米复合材料的制备方法主要采用原位插层和熔融插层方法制备。因原位插层工业投资大，周期长，较难大范围推广应用；熔融插层可在一般塑料混炼设备中进行，加工方便，然而需前期对纳米材料进行有机化插层处理，不容易得到完全剥离的纳米复合型材料。随着纳米复合材料在航空航天、国防、交通、体育等领域的广泛应用，对纳米复合材料的耐冲击性，拉伸强度等有了更高的要求，因此，需要提供一种方法简单，生产成本低，易推广，具有较高的抗冲击强度和拉伸强度的纳米复合材料的制备方法。专利号CN101081928A，提出了一种聚酰胺/纳米蒙脱土母料的制备方法，采用水辅助法制备聚酰胺/纳米蒙脱土母料，其制备方法是用去离子水为插层剂，将纯化的蒙脱土和去离子水混合，充分分散制得蒙脱土泥浆，将泥浆逐步加入到组方量完全熔融的聚酰胺，再经挤出造粒得到聚酰胺/纳米蒙脱土母料。其制备方法简单，生产成本低，但该方法是在聚酰胺熔融后再加入蒙脱土泥浆，会导致蒙脱土泥浆未来得及与共聚物完全混合，其层间的水便因高温气化，进而蒙脱土不能很好分散至聚酰胺中，从而产品性能提升有限；另外，蒙脱土泥浆在加料方式上需要增加一定压力才能将泥浆注入双螺杆，同时由于双螺杆的加工段短，中途增加了蒙脱土泥浆的喂料区间，就需要增加双螺杆长度，造成工艺更复杂，成本更高。有鉴于此特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种方法简单，生产成本低，易推广，具有较高的抗冲击强度和拉伸强度的纳米复合材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：A、将液体介质与纳米材料混合搅拌，得到膏状纳米混合材料；B、将步骤A中所述纳米混合材料与热塑性聚合物混合得到共混物；C、将步骤B中共混物进行熔融共混，得到纳米复合材料。上述方案中，通过液体介质进入纳米材料，在充分搅拌下制得具有一定自粘性的膏状纳米混合材料，所述膏状纳米混合材料与热塑性聚合物混合拌匀便可直接加入进料区，无需施加压力，也无需中途喂料，节省了工艺降低了成本。另外，纳米材料与热塑性聚合物混合后加入，再经熔融共混，熔融的热塑性聚合物可将纳米材料包覆住形成保护层，当进入纳米材料的液体介质气化，纳米材料内的蒸气压大于热塑性聚合物熔体压时，会产生巨大的内暴力将纳米材料分离，分离的纳米材料便均匀分散至热塑性聚合物中。上述方案中，在步骤A中，可借助物理方式促进液体介质在纳米材料中的分散，所述物理方式包括但不限于超声、胶体磨、球磨、涡流、刻蚀辅助、气流冲击等方式搅拌，所述超声的频率为800～1000Hz，功率为200～1000W。上述方案中，还可以加入乳胶将步骤A得到的膏状纳米混合材料包覆住，所述的乳胶包括：苯丙乳液、丙烯酸酯乳液、丙烯酸乳液，硅丙乳液、水性聚氨酯乳液、氟碳乳液、松香树脂乳液、松油醇、醋丙乳液、水性环氧树脂乳液、丁苯胶乳、天然胶乳、白胶乳、氯丁胶乳、纯丙胶乳、羧基丁苯胶乳、苯丙胶乳中的一种或多种，优选苯丙乳液、硅丙乳液、醋丙乳液、苯丙胶乳中的一种或多种。上述方案中加入乳胶将纳米混合材料包覆，形成保护层，当纳米混合材料与热塑性聚合物熔融共混时，进入纳米材料的液体介质气化，当保护层内的蒸气压大于聚合物的熔体压时会产生内爆力，将团聚的纳米材料分离，再经过不断的搅拌和/或剪切，分离的纳米材料便可高度分散于熔融的热塑性聚合物中。上述方案中，步骤C中的熔融挤出工艺可为密炼、开炼、螺杆(平行/锥形/单/双/三螺杆)。上述方案中，当采用双螺杆挤出机时，本专利技术很好解决了纳米材料与热塑性聚合物进料时出现打滑，无法同时进料的情况，实现了热塑性聚合物与纳米材料在液体介质存在的情况下混合进料，并且进料时也无需施加压力，另外，在聚合物与纳米材料在熔融过程中通过双螺杆挤出机的剪切力和液体介质气化的内爆力可使纳米材料在热塑性聚合物中的分散更充分。上述方案中，采用双螺杆挤出机时，其工艺参数为：主机转速为30-80Hz，主喂料斗转速为10-30Hz，挤出温度为一区150-200℃，二区230-280℃，三区230-280℃，四区230-280℃，五区230-280℃；优选主机转速为60-80Hz，主喂料斗转速为20-30Hz，挤出温度为一区150-180℃，二区245-260℃，三区245-260℃，四区245-260℃，五区245-260℃。进一步的，步骤A中还加入用以提高膏状纳米混合材料稠度的助剂，所述助剂包括羧酸盐表面活性剂、硫酸酯盐表面活性剂、磺酸盐表面活性剂、磷酸酯盐表面活性剂、胺盐表面活性剂、季铵盐表面活性剂、杂环型表面活性剂、非离子表面活性剂、天然水溶高分子、合成水溶高分子及其预聚物中的一种或多种；其中优选合成水溶性高分子及其预聚物中的一种或多种；优选的，所述助剂与纳米材料的质量份数比为0.01～50:1；优选0.1～5：1；更优选0.2～1:1。上述方案中，助剂的加入可以提高液体介质进入纳米材料的能力，从而增加纳米材料混合物的稠度；另外，助剂的加入还可以提高液体介质的沸点，防止液体介质提前气化逸出。由于本专利技术中产生膏状纳米混合材料的反应温度在室温条件下即可，对助剂的要求不高，因此适用于本专利技术的助剂备选范围更广。所述助剂包括表面活性剂、水溶性高分子及其预聚物中的一种或多种，优选水溶性高分子及其预聚物，更优选聚天冬氨酸、卵磷脂、海藻酸钠、聚合物酸、聚乙烯胺、透明质酸；其中表面活性剂包括：1、阴离子表面活性剂：分为羧酸盐、硫酸酯盐、磺酸盐和磷酸酯盐。(1)肥皂类为高级脂肪酸盐，分子结构通式为(RCOO)-nMn+。以硬脂酸、油酸、月桂酸等较常用。根据其金属离子(Mn+)的不同，有碱金属皂、碱土金属皂和有机胺皂等。(2)硫酸化物主要是硫酸化油和高级脂肪醇的硫酸酯类，分子结构通式为ROSO3-M+，常用的有十二烷基硫酸钠(又名“月桂醇硫酸钠”)、十六烷基硫酸钠(又名“鲸蜡醇硫酸钠”)、十八烷基硫酸钠(又名“硬脂醇硫酸钠”)等。(3)磺酸化物主要有脂肪族磺酸化物、磺基芳基磺酸化物、磺基萘磺酸化物等2、阳离子表面活性剂：阳离子表面活性剂的亲水基离子中含有氮原子，根据氮原子在分子中的位置不同分为胺盐和杂环型。3、两性离子表面活性剂：卵磷脂，氨基酸型，甜菜碱型4、非离子表面活性剂：脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦(司盘)，聚山梨酯(吐温)、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚、净洗剂系列。水溶性高分子包括1、天然类高分子淀粉类；海藻类：海藻酸钠、琼胶；植物胶类：阿拉伯胶、黄耆胶、槐豆胶、罗望子多糖胶、田菁胶、卡拉胶、瓜尔胶、果胶；动物胶类：明胶、干酪素、壳聚糖；微本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米复合材料的制备方法，其特征在于，制备方法包括以下步骤：A、将液体介质与纳米材料混合搅拌，得到膏状纳米混合材料；B、将步骤A中所述纳米混合材料与热塑性聚合物混合得到共混物；C、将步骤B中共混物进行熔融共混，得到纳米复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种纳米复合材料的制备方法，其特征在于，制备方法包括以下步骤：A、将液体介质与纳米材料混合搅拌，得到膏状纳米混合材料；B、将步骤A中所述纳米混合材料与热塑性聚合物混合得到共混物；C、将步骤B中共混物进行熔融共混，得到纳米复合材料。2.根据权利要求1所述的一种纳米复合材料制备方法，其特征在于，步骤A中还加入用以提高膏状纳米混合材料稠度的助剂、所述助剂包括羧酸盐表面活性剂、硫酸酯盐表面活性剂、磺酸盐表面活性剂、磷酸酯盐表面活性剂、胺盐表面活性剂、季铵盐表面活性剂、杂环型表面活性剂、非离子表面活性剂、天然水溶高分子、合成水溶高分子及其预聚物中的一种或多种；优选合成水溶性高分子及其预聚物中的一种或多种；优选的，所述助剂与纳米材料的质量份数比为0.01～50:1；优选0.1～5：1；更优选0.2～1:1。3.根据权利要求1或2所述的一种纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述膏状纳米混合材料的稠度为0～100mm，但不为0。4.根据权利要求1所述的一种纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤B得到膏状纳米混合材料粘附热塑性聚合物的共混物；优选的，所述共混物中还加入抗老化剂，所述抗老化剂与热塑性聚合物的质量份数比为0.1～1:100；优选0.2～0.4:100；更优选0.3～0.4:100。5.根据权利要求1所述的一种纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤C中包括：(1)加热升温，热塑性聚合物与纳米混合材料中的液体介质、纳米材料在第一搅拌下混合接触、软化并互相渗透...

【专利技术属性】
技术研发人员：马永梅，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11