[发明专利]PS-TiO2-ATP有机/无机复合薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物基功能复合材料的制备方法，特别是涉及一种具有光电、热电转换、电磁屏蔽、微波吸波的有机/无机复合薄膜材料，具体涉及PS-TiO₂-ATP有机/无机复合薄膜的制备方法。

背景技术

聚合物基功能复合材料是聚合物改性的研究开发热点。具有光电、热电转换、电磁屏蔽、微波吸波等多种功能的聚合物基复合材料具有广泛的应用领域。

纳米TiO₂具有很高的光催化氧化还原能力，在光催化降解、太阳能电池、热电领域均有应用前途。凹凸棒石黏土（ATP）是一种硅酸盐粘土矿物， 是一种天然的一维纳米结构，其主要特点是具有高的比表面积、较强的吸附性，常作为催化剂载体并在工业上有着广泛应用。

近年来，无机材料与导电聚合物的复合研究日益引人注目，两者复合能够相互改性。聚合物纳米复合材料具有质量轻、比强度（强度与密度之比）高、介电性能优异及加工容易等优点，若在基材中引入纳米填充物，会使材料的强度、硬度及耐热性均有所提高。此外，若引入适当的填充剂则会带来磁、电、光性能。同时，这种填充物能够通过简单的制备即可与基材复合。

聚合物基纳米复合材料的常用制备方法有：插层复合法、原位聚合法和共混法。插层复合法是目前制备聚合物基纳米复合材料的主要方法。插层复合法具有不需要有机溶剂和工艺简单等优点已引起广泛重视，但也具有一定的局限性，只适用于硅酸盐类黏土等天然具有典型层状结构的无机化合物。原位聚合法与插层聚合法有一定的相似处，是指首先使用纳米尺度的无机填料在单体中均匀分散，然后用类似于本体聚合的方法进行聚合反应，从而得到纳米复合材料。这一方法制备的复合材料的填充粒子分散均匀，粒子的纳米特性完好无损，同时在位填充过程只经过一次聚合成型，不需热加工，避免了由此产生的降解，保持了基体性能的稳定性。共混法即纳米粒子直接分散法。该方法是首先合成出各种形态的纳米粒子，再将其与有机聚合物混合。共混法的优点是纳米粒子的制备与材料的合成分步进行，可控制纳米粒子的形态、尺寸。不利之处是由于纳米粒子很容易团聚，共混时实现粒子的均匀分散有一定的困难。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种PS-TiO₂-ATP有机/无机复合薄膜的制备方法，该制备方法工艺简单，成本低廉，无机粒子在基体中得到均匀分布，有效克服纳米粒子的团聚行为，有利于实现纳米无机粒子的小尺寸效应、表面效应和量子效应。

本发明的技术解决方案是：以聚苯乙烯（PS）、二氧化钛（TiO₂）和凹凸棒石黏土 （ATP）为主要原料，以环己烷（C₆H₁₂）为溶剂，首先将PS溶解在C₆H₁₂中得到A溶液，其次纳米TiO₂/ATP复合粉分散在C₆H₁₂中得到B溶液，然后将A溶液和B溶液进行超声混合得到C溶液，最后在已清洗的薄片上倒入C溶液，自然晾干，经100～110℃热处理，获得PS-TiO₂-ATP有机/无机复合薄膜。

其中，该制备方法的具体步骤如下：

（1）采用共沉淀法得到不同质量比的TiO₂/ATP复合粉，其中，ATP与TiO₂质量比为（5～15）：（95～85）；

（2） 将PS溶解于C₆H₁₂中，得到A溶液；将TiO₂/ATP复合粉均匀分散于C₆H₁₂中，超声混合1 h得到B溶液；其中每溶解1 g溶质需15 ml溶剂C₆H₁₂；

（3） 将A溶液与B溶液在剧烈搅拌的方式下进行充分混合，在超声波的作用下将混合溶液进行超声振荡1～2 h ，获得PS- TiO₂/ATP-C₆H₁₂多相混合C溶液；其中PS与ATP-TiO₂复合粉的质量比为（45～65）：（55～35）；

（4） 将清洗后的薄片安装在旋膜仪上，再将上述多相混合C溶液均匀铺展在薄片上并旋涂成膜，在室温下自然晾干；

（5） 将自然晾干后的薄片放入加热炉中进行热处理，加热温度100～110 ℃、保温时间20 min，得PS-TiO₂-ATP有机/无机复合薄膜。