韓長(zhǎng)進(jìn)（菏澤家政職業(yè)學(xué)院，山東 單縣 274300）

澆鑄尼龍是一種具有較強(qiáng)的機(jī)械性能以及物理品質(zhì)的工程塑料。澆鑄尼龍分子之間有較多的氫鍵，因而在不良的環(huán)境條件下，結(jié)晶可能會(huì)出現(xiàn)脆弱易裂的情況。低溫及過于干燥的環(huán)境會(huì)使得結(jié)晶度增加，澆鑄尼龍此時(shí)的韌性相對(duì)較差，抗沖擊能力較低，不利于在某些領(lǐng)域中的應(yīng)用[1]。為了改善這種情況，本文提供了澆鑄尼龍新型有機(jī)復(fù)合催化劑的制備方法，新型復(fù)合催化劑能夠使?jié)茶T尼龍的耐熱性、沖擊強(qiáng)度更優(yōu)化，且結(jié)構(gòu)更加致密規(guī)整，適應(yīng)期更高。

1 催化劑對(duì)澆鑄尼龍的影響

澆鑄尼龍的形成過程為通過已內(nèi)酰胺在容器中加熱至完全熔融，之后加入呈堿性的催化劑進(jìn)行真空處理，在將水分完全排除，通過助催化劑在模具中澆鑄，澆鑄模具提前加熱，注意澆鑄的均勻性。這種生產(chǎn)過程所生產(chǎn)出的澆鑄尼龍為單體澆鑄尼龍（MC 尼龍）[2]。單體澆鑄尼龍的制備過程中注意加入特殊的引發(fā)劑或者改性催化劑。催化劑對(duì)于MC尼龍的成型及工藝性能有相關(guān)性影響，當(dāng)前常用于澆鑄尼龍生產(chǎn)過程中的催化劑為己內(nèi)酰胺鈉[3]，這種催化劑存在一定的缺陷，其穩(wěn)定性能不高，且容易發(fā)生吸水變潮，使得催化劑變質(zhì)，在澆鑄應(yīng)用中無(wú)法避免因?yàn)闈茶T尼龍分子之間氫鍵的存在導(dǎo)致的對(duì)性能的影響。NaOH作為催化劑相互作用過程中，常會(huì)出現(xiàn)阻聚作用，因?yàn)榉磻?yīng)過程中，水的影響，會(huì)使得聚合受到影響，而NaOH 作為催化劑反應(yīng)過程中水分未能清除，會(huì)導(dǎo)致己內(nèi)酰胺發(fā)生水解反應(yīng)，無(wú)法產(chǎn)生強(qiáng)堿離子。不同量的NaOH作用時(shí)，聚合時(shí)間不同，結(jié)晶的程度也會(huì)有不同的變化趨勢(shì)，隨著NaOH量的增加，聚合反應(yīng)變化，結(jié)晶的程度也會(huì)隨之變化，而催化劑的用量如果把握不恰當(dāng)，可能導(dǎo)致剛性及拉伸強(qiáng)度受到影響，NaOH作為催化劑用量高則會(huì)導(dǎo)致聚合時(shí)間加快，形成較大的球晶、塊晶，可能導(dǎo)致材料的強(qiáng)度、韌性降低，且過程中容易產(chǎn)生氣泡以及廢邊增厚的現(xiàn)象[4]。

作為新型合成材料的一種，因?yàn)閱误w澆鑄尼龍的分子量及結(jié)晶度更高，因而其拉伸強(qiáng)度、熱變形溫度及耐磨性與吸濕性均相對(duì)于普通的尼龍更好，因其突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在交通、機(jī)械等領(lǐng)域被廣泛采納。為了改善澆鑄尼龍新型有機(jī)復(fù)合催化劑的制備方法，此次研究中將聚醚以及異氰酸酯作為活化、催化物質(zhì)應(yīng)用，對(duì)己內(nèi)酰胺、氫氧化鈉和六氫-2H-氮雜卓-2-酮等制備的復(fù)合催化劑澆鑄的尼龍性能進(jìn)行綜合分析。

2 新型催化劑的應(yīng)用

2.1 澆鑄尼龍工藝

傳統(tǒng)制備澆鑄尼龍的方法為真空脫水法，將己內(nèi)酰胺加熱熔融后加入催化劑，進(jìn)行高溫抽真空，在固定溫度下保持一段時(shí)間后降低水分處理，隨后完成聚合反應(yīng)，進(jìn)行脫模后的一系列切削、打磨處理，使其能夠投入應(yīng)用。根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需要，進(jìn)行催化劑以及助催化劑的選擇。此次澆鑄尼龍過程中，在罐1中加入己內(nèi)酰胺190g，以內(nèi)酰胺復(fù)合鈉鹽14g，聚氧化亞甲基三胺增韌劑25g。在罐2 中加入己內(nèi)酰胺150g，異氰酸酯6g。將1、2 兩個(gè)罐子進(jìn)行加熱處理，在罐溫度上升到130℃，且罐內(nèi)物質(zhì)完全融化后，將物質(zhì)向高溫狀態(tài)下的模具中倒入，固化20min，再將模具溫度恢復(fù)至常溫，脫模后得到澆鑄尼龍[5]。

2.2 催化劑的制備

此次實(shí)驗(yàn)所應(yīng)用的新型催化劑制備材料包括己內(nèi)酰胺、氫氧化鈉、六氫-2H-氮雜卓-2-酮、異氰酸酯，所有試劑均為純化形式。在應(yīng)用新型復(fù)合催化劑鹽進(jìn)行澆鑄尼龍的制備過程中，首先取己內(nèi)酰胺，己內(nèi)酰胺為固態(tài)形式，取10g放入密封的鋼罐中，進(jìn)行加熱處理，待密封鋼罐的溫度升至100℃，己內(nèi)酰胺完全熔融2h后，進(jìn)行抽真空除水處理，直至液面平靜，維持真空度為1000pa。隨后加入氫氧化鈉3g，均勻攪拌待溫度上升至130℃后繼續(xù)進(jìn)行抽真空除水處理，維持真空度為1000pa。在所得的混合物溫度降低至70℃后，加入六氫-2H-氮雜卓-2-酮10g，加入的過程中，不斷對(duì)混合物進(jìn)行緩慢攪拌，完全攪拌均勻后，所得的混合溶液進(jìn)行降溫處理，降溫的速率為5 ℃∕min，在混合液溫度為40℃后，將其從反應(yīng)釜中倒出，溫度降低到室溫隨后放入密封容器中進(jìn)行冷凝，在25 ℃環(huán)境下冷凝至白色固體出現(xiàn)，白色固體即為以內(nèi)酰胺復(fù)合鈉鹽。（2）

2.3 性能參數(shù)測(cè)試

（1）對(duì)澆鑄尼龍進(jìn)行測(cè)試，通過掃描電子顯微鏡(JEOLJSM-6360LV)進(jìn)行樣品的微觀結(jié)構(gòu)表征分析。（2）對(duì)樣品的晶體性能及熔融性能測(cè)試，儀器為DSC1 型差示掃描量熱儀[6]，現(xiàn)對(duì)樣品進(jìn)行升溫處理，維持20℃∕min 速率，升溫至260℃維持6min，隨后進(jìn)行降溫處理，消除熱歷史后以10℃∕min降至室溫狀態(tài)再次重復(fù)升溫處理，升溫至265℃，隨后對(duì)產(chǎn)物的結(jié)晶溫度、結(jié)晶度以及熔融溫度進(jìn)行測(cè)評(píng)分析[7]。（3）對(duì)樣品進(jìn)行沖擊強(qiáng)度測(cè)試，所應(yīng)用的儀器為XJ-300A 型沖擊試驗(yàn)機(jī)，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為GB T 1843-2008，溫度設(shè)定為20℃。（4）對(duì)產(chǎn)物熱穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，應(yīng)用儀器為TGA∕DSC1∕1100LF 型熱重分析儀，維持N2 氛圍升溫設(shè)定范圍50～500℃，流速設(shè)定為45 mL∕min。（5）對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行紅外光譜測(cè)試，應(yīng)用衰減全反射法進(jìn)行測(cè)定，范圍參數(shù)為4000～600 cm-1，分辨率設(shè)定為6 cm-1。

3 結(jié)果與討論

3.1 DSC、DTG、紅外光譜分析

通過對(duì)比不同樣品的DSC 可見，澆鑄尼龍?jiān)?20℃的溫度條件下，其熔融的溫度相對(duì)接近，誤差范圍維持在10 ℃上下，其熔融焓的波動(dòng)相較于160℃狀態(tài)下更低，因而結(jié)晶溫度相對(duì)結(jié)晶，通過對(duì)比可見，應(yīng)用新型催化劑的樣品其熔融結(jié)晶溫度更高，結(jié)晶的效果也更好。分析降溫過程可見，新型催化劑樣品熔融結(jié)晶溫度相較于其他的樣品更高，且峰寬更小，由此可見，催化劑對(duì)澆鑄尼龍的結(jié)構(gòu)規(guī)整性有一定的影響，以內(nèi)酰胺復(fù)合鈉鹽作為復(fù)合催化劑其得到的澆鑄尼龍分子鏈的規(guī)整性及結(jié)晶效果更好，熔融溫度及結(jié)晶溫度更高。樣品在150℃開始失重，因樣品中的水分及小分子的揮發(fā)效應(yīng)，在150～300 ℃呈現(xiàn)為低聚物的揮發(fā)狀態(tài)，在此溫度以上則為高聚合產(chǎn)物熱分解狀態(tài)[8]。分析可見，相較于其他樣品，復(fù)合催化劑的低聚物含量更低，耐熱性能更好，無(wú)催化劑的尼龍其低聚物的含量更高，耐熱性能不理想。且應(yīng)用復(fù)合催化物的澆鑄尼龍的低聚物熱失重更低，相較于其他產(chǎn)物，其聚合效果最好。紅外光譜分析：分析紅外光譜可見，應(yīng)用不同催化劑類型的澆鑄尼龍產(chǎn)物具備典型的吸收峰，符合聚酰胺類化合物的特征，應(yīng)用新型催化劑的樣品，其紅外吸收峰更強(qiáng)，且寬度更大，因而顯示，應(yīng)用新型催化劑能夠改善澆鑄尼龍的固化效果[9]。

3.2 沖擊強(qiáng)度分析

對(duì)澆鑄尼龍產(chǎn)品的缺口沖擊強(qiáng)度進(jìn)行分析，如圖為所有樣品的10次缺口沖擊強(qiáng)度狀態(tài)曲線，（圖1中三種樣品(CP0：未采用催化劑；CP-Na：采用己內(nèi)酰胺鈉為催化劑；CP-Com：采用新型復(fù)合鹽作為催化劑）由圖可見，未用催化劑的沖擊強(qiáng)度平均為 5.89 kJ∕m2，CP-Na 沖擊強(qiáng)度平均為 8.23 kJ∕m2，CP-Com 沖擊強(qiáng)度平均為14.52 kJ∕m2，由此可見，新型復(fù)合催化劑的沖擊強(qiáng)度更高，抗沖擊效果得到明顯改善，對(duì)所有沖擊強(qiáng)度值觀察可見，所有的數(shù)值分散平衡性較高，應(yīng)用催化劑處理的澆鑄尼龍其性能穩(wěn)定性較高。

圖1：三種樣品的缺口沖擊強(qiáng)度曲線

3.3 適應(yīng)期分析

不同的催化劑均具有一定的使用期限，尺寸相對(duì)較大的產(chǎn)品其適應(yīng)期相對(duì)更長(zhǎng)[10]，對(duì)所有催化劑進(jìn)行適應(yīng)期分析，分別對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行一定時(shí)間存放后澆鑄，圖2為三種樣品(CP0：未采用催化劑；CP-Na：采用己內(nèi)酰胺鈉為催化劑；CP-Com：采用新型復(fù)合鹽作為催化劑）對(duì)比可見未應(yīng)用催化劑的產(chǎn)品適應(yīng)期平均為4.53h，CP-Na 的適應(yīng)期平均為6.12h，CP-Com適應(yīng)期明顯更高，為8.45h，可見新型復(fù)合催化劑能夠明顯提升產(chǎn)品的適應(yīng)期，且應(yīng)用催化劑的澆鑄尼龍適應(yīng)期穩(wěn)定性更高。六氫-2H-氮雜卓-2-酮能夠和己內(nèi)酰胺分子鏈之間形成了化學(xué)鍵，從而使得其耐熱性強(qiáng)化，有利于熱分解效應(yīng)的抑制，從而使得適應(yīng)期穩(wěn)定性更高[11]。

圖2：三組樣品的適應(yīng)期曲線

4 結(jié)語(yǔ)

此次實(shí)驗(yàn)對(duì)比未應(yīng)用催化劑、添加己內(nèi)酰胺鈉、添加新型復(fù)合催化劑澆鑄尼龍產(chǎn)品的性能，可見應(yīng)用己內(nèi)酰胺、氫氧化鈉和六氫-2H-氮雜卓-2-酮制備的新型復(fù)合催化劑，因六氫-2H-氮雜卓-2-酮對(duì)于己內(nèi)酰胺鈉化學(xué)鍵的作用，其耐熱性能、沖擊強(qiáng)度、適應(yīng)期、微觀結(jié)構(gòu)等方面相較于其他產(chǎn)品明顯改善，澆鑄尼龍的性能更優(yōu)良。