常海波;武浩浩;王世浩;李小红;张治军
【摘 要】摘 要: 将纳米硅粉分散于熔融的己内酰胺中,以NaOH为催化剂,2,4-甲苯二异氰酸酯为助催化剂,原位制备了纳米硅粉/MC尼龙6复合材料. 用红外光谱、X射线衍射、场发射扫描电镜、热重分析仪和差示扫描量热仪对复合材料的界面结构和性能进行了研究. 结果表明,纳米硅粉在尼龙6基体中具有较好的分散性,而且其与基体有比较强的界面作用,纳米硅粉促进了尼龙6的结晶,但是其对尼龙6的晶型结构没有产生明显的影响. 【期刊名称】化学研究 【年(卷),期】2015(000)005 【总页数】5
【关键词】纳米硅粉;MC尼龙6;结晶熔融行为;界面结构
纳米硅粉/MC尼龙6复合材料的制备与性能
常海波 1*,武浩浩 1,王世浩 1,李小红 2,张治军 2
(1. 河南大学 化学化工学院, 环境与分析科学研究所,河南 开封 475004; 2. 河南大学 特种功能材料教育部重点实验室,河南 开封 475004)
基金项目:国家自然科学基金(21204018), 河南省与国家自然基金委联合基金(U1204518)和河南省教育厅项目(15A150033).
作者简介:常海波(1977-),男,副教授,研究方向为高分子材料. *通讯联系人, E-mail:changhaibo@henu.edu.cn.
Preparation and properties of nanometer silica fume/MC nylon 6 composites
CHANG Haibo 1*, WU Haohao 1, WANG Shihao 1, LI Xiaohong 2, ZHANG Zhijun 2
(1. Institute of Environmental and Analytical Science, College of Chemistry and Chemical Engineering, Henan University, Kaifeng 475004,
Henan
,
China
;
2.
Key Lab for Special Functional Materials of Ministry of Education, Henan University, Kaifeng 475004, Henan, China)
尼龙6是最早开发的工程塑料品种,因其具有优异的性能而在工程塑料领域得到了广泛的应用. 目前,其产量仍居工程塑料类首位. 尼龙6可以通过氨基酸自缩聚而成,而更常用的方法是以酸或碱催化己内酰胺开环聚合. 其中以碱催化而得到的尼龙6又称为浇铸尼龙6(MC尼龙6). 与普通的尼龙6相比,MC尼龙6不仅具有结晶度高,相对分子质量大等优点,而且该种尼龙生产工艺简单,制品的尺寸不受限制,可以制作大型零件 [1]. 因此,MC尼龙6自问世以来就受到了人们的广泛关注,并一直保持着持续不断的更新和发展. 随着其应用范围的不断扩大,人们对MC尼龙6提出了更多更高的要求,诸如形状尺寸稳定性、低温韧性、耐磨性和吸水性等 [2-5]. 因此,对MC尼龙6改性就成了重要的研究课题 [6].
填充无机纳米材料是提高传统聚合物材料性能的行之有效的方法. 所得复合材料兼具聚合物材料和无机材料的特性,并可以实现性能的互补和优化,从而赋予材料更优异的综合性能. 纳米填料在聚合物中的分散性和其与聚合物之间的界面作用对材料的最终性能起着至关重要的作用 [7]. 原位聚合法是在单体聚合前,将纳米填料分散于单体中,有利于纳米填料在聚合物基质中的分散. 同时,如果
纳米填料表面有反应基团,在单体聚合过程中就有可能参与聚合,从而使其与聚合物之间有比较强的界面作用. 另外,对半结晶聚合物而言,纳米填料的引入还会影响到其结晶和熔融,从而对最终的材料性能产生不可忽视的影响. 碳纳米管、蒙脱土和纳米SiO 2等均已经用于MC尼龙6的改性 [8-11],并取得了较好的改性效果. 本文作者采用纳米硅粉为填料,采用原位聚合的方法对MC尼龙6进行改性,研究了两者之间的界面作用和纳米硅粉对MC尼龙6结晶和熔融行为的影响.
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
己内酰胺(CL):CP,南京翰克斯石化有限公司;NaOH,AR,天津市科密欧化学试剂有限公司;2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI),AR,天津市化学试剂三厂;纳米硅粉是由广东省分析测试中心友好提供,粒径为30~50 nm. 样品的断面是用场发射电子显微镜Nova Nano SEM 450(美国FEI公司)进行观察. 样品首先在液氮中淬断,进行喷金处理,然后再对断面进行观察. 样品的红外光谱在德国布鲁克公司VERTEX70型傅立叶变换红外光谱仪上进行,采用KBr压片,扫描范围为4 000~400 cm -1,分辨率为4 cm -1. 采用瑞士Mettle Toledo公司TG/SDTA851 e型热重分析仪对MC尼龙6及其复合材料进行热分析. 样品在N 2氛围中,以10 ℃/min的升温速率从25 ℃升至650 ℃进行测试,记录TG曲线变化. 采用瑞士Mettle Toledo公司DSC822 e型差示扫描量热仪研究MC尼龙6及其复合材料的结晶和熔融行为,先将样品从25 ℃以40 ℃/min升至250 ℃熔融并恒温5min,以消除样品热历史. 再以10 ℃/min的速率降温至25 ℃,最后以10 ℃/min升至250 ℃,记录其降温曲线,整个测试过程