[发明专利]二氧化硅纳米棒增强增韧聚酯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种双原位聚合制备二氧化硅纳米棒增强增韧聚酯复合材料的方法。

背景技术

随着现代科学技术的迅猛发展，人们更注重颗粒的大小和形貌。一维纳米棒，纳米线以及纳米管与纳米粉体不同，不仅具有小尺寸效应，量子效应，表面效应和宏观量子隧道效应等特殊性质，还具有由纳米结构组合引起的新的量子耦合效应和协同效应等，因此往往显示出比纳米粉体更优异的力学性能，电学性能，磁学性能和光学性能。而这种结构体系很容易通过外场(电，光，磁以及其他条件)实现对其性能的控制，为纳米超级器件的制备提供了可能，所以，日益引起人们的广泛关注。

纳米棒的制备以及性能研究是当今纳米材料重要研究内容之一。现有一维纳米材料的制备方法只要有模板法，气-液-固生长法，物理蒸发法，液滴外延法，电沉积法，激光烧蚀法，激光高温蒸发法和溶胶凝胶法等，这些方法各有不同的使用体系和对象。

迄今为止，已有众多材料的纳米棒见诸报道。如湘潭大学的朱启安等人报道的钛酸钡纳米棒的制备方法CN1800030，ZnO纳米棒的制备方法CN10118202，氮化硅纳米棒的制备方法CN10116486，钼酸钡纳米棒的制备方法CN10117265，金纳米棒阵列芯片的制作方法CN10115333，硫化铅纳米棒的方法CN10104996等。众所周知，硅材料，尤其是具有可控规则形状的硅材料广泛用于半导体器件中，是一种具有战略意义的重要材料。然而，对二氧化硅纳米棒的报道很少，只有郭斌等人在《强激光与粒子束》研究了“介孔SiO₂纳米棒的制备及其表面锚接金纳米粒子”(2008年20卷5期)。在本发明中采用双原位聚合的方法制备了一种具有较宽直径和长度范围的二氧化硅纳米棒，而且尺寸可控。由于纳米棒和高分子基体同时生成，避免了由于外来添加而产生的团聚现象。缺陷较少，所以材料的强度和韧性在纳米棒含量很低时就能得到大幅度的提高。迄今为止，还没有发现双原位聚合制备二氧化硅纳米棒增强增韧聚酯复合材料的方法的报道。

发明内容

本发明的目的技术为了克服上述现有技术存在的不足而提供一种分散均匀、力学性能好、应用广泛的二氧化硅纳米棒增强增韧聚酯复合材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

二氧化硅纳米棒增强增韧聚酯复合材料，其特征在于，包括以下组分和含量(重量份)：

芳香族二甲酸二甲酯        100，

α，ω-脂肪族二醇         180～250，

无机填料前驱体            2.3～10.8，

催化剂                    0.2～1.5，

加工助剂                  1～2.5，

溶剂                      3～25。

所述的芳香族二甲酸二甲酯包括1，2-苯二甲酸二甲酯、1，3-苯二甲酸二甲酯、1，4-苯二甲酸二甲酯或2，6-萘二甲酸二甲酯的一种或几种。

所述的α，ω-脂肪族二醇为C₂-C₅二醇，如乙二醇，丙二醇，丁二醇或戊二醇的一种或几种。

所述的无机填料前驱体包括正硅酸甲酯，正硅酸乙酯，正硅酸丙酯和正硅酸丁酯的一种或几种。

所述的催化剂包括醋酸锰，醋酸锌，醋酸钙，醋酸钴，醋酸镁，钛酸四丁酯，Sb₂O₃，稀盐酸，甲酸的一种或几种。

所述的溶剂包括丙酮，乙醇或去离子水的一种或几种；

所述的加工助剂选自市售常用助剂，包括抗氧剂、防老化剂、光稳定剂、热稳定剂、脱模剂、颜料、润滑剂以及消光剂的一种或几种。

二氧化硅纳米棒增强增韧聚酯复合材料的制备方法，其特征在于，该方法采用双原位聚合，并按以下步骤进行：

(1)无机填料前驱体在催化剂和溶剂的作用下，于50～140℃通过溶胶-凝胶反应转变成溶胶；催化剂的加入量为1000～3000ppm；

(2)芳香族二甲酸二甲酯与α，ω-脂肪族二醇在催化剂的催化作用下，在反应釜中常压，160～200℃下发生酯交换反应；催化剂的用量为总质量的0.1～0.7％；

(3)酯交换反应完成后，加入无机填料前驱体溶胶和加工助剂，温度缓慢升至200～230℃，压力降至0.01～0.05MPa，反应1小时，随后再将体系温度升到230～270℃，压力缓慢降至20～70Pa，维持3～6小时；

(4)通入氮气将体系压力升至3～6MPa，出料、拉条、冷却、切粒、烘干；