[发明专利]Ag/PMMA纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于在聚合物环境中以DMF为还原剂合成金属纳米粒子，并要求制备出聚合物基纳米复合材料的的研究领域，特别是涉及一种Ag/PMMA纳米复合材料的制备方法。

背景技术

N，N-二甲基甲酰胺（DMF）是最常见的既可溶解聚合物、又可还原金属纳米粒子的有机溶剂，它使得在聚合物环境中一步还原得到金属纳米粒子成为可能。近些年对DMF还原Ag⁺的机理及过程都有大量的研究报道，并已经成功将该方法制备Ag/PMMA纳米复合薄膜材料，并用于光学、电学的研究领域。但是由于DMF沸点较高（153℃），脱除过程较慢，同时由于DMF的还原作用，在加热环境下又会对Ag纳米粒子的粒径及形貌产生一定影响，使得最终的Ag纳米粒子形貌和粒径不再可控。这对块体Ag/PMMA纳米复合材料的制备影响更大，往往在加热除去DMF还原剂的同时，DMF的强还原性会对新生成的Ag纳米粒子发生刻蚀作用，使得小粒子不断溶解、大粒子不断长大的“大鱼吃小鱼”现象，Ag纳米粒子不断长大而发生沉淀。

溶剂沉淀法可以很好的解决上述存在的问题，具体来讲是使用一种与DMF互溶但又与PMMA不溶的溶剂，使PMMA在DMF中的溶解度显著降低而发生沉淀和分离的方法。常用的溶剂有水、乙醇、甲醇、丙酮、异丙醇、氯仿等，对不同体系选择不同的溶剂尤其重要。研究表明，不同的有机溶剂对PMMA的沉淀速率是不同的。如使用水或者甲醇作为溶剂时，PMMA沉淀速率太快，滴入的Ag/PMMA溶胶在溶剂中直接形成密实的壳层沉淀，芯部还包裹着大量溶胶，沉淀效率较差；如使用丙酮时，PMMA沉淀速率较慢，并有小部分PMMA溶解到丙酮中，沉淀效率也较差。当选用乙醇作为反溶剂，各种情况都有较好的改善，在强机械搅拌条件下，将Ag/PMMA纳米胶体缓慢滴加到乙醇溶剂中，原位生成的Ag纳米粒子随着PMMA一起发生沉淀。通过该步骤，除去了高沸点的还原性溶剂DMF，在后期干燥过程中Ag纳米粒子仍然均匀稳定的存在于PMMA基体中，使得稳定可控的Ag/PMMA纳米复合材料的制备成为可能。

对国内外专利与文献的查新结果表明：目前还没有采用溶剂沉淀的方法除去高沸点DMF溶剂制备块体Ag/PMMA纳米复合材料的研究报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种在PMMA基体中采用DMF还原Ag纳米粒子后，将还原性溶剂DMF完全除去而不影响Ag纳米粒子形貌和粒径的方法，该方法简便可行，并可以制备出Ag纳米粒子稳定均匀的块体Ag/PMMA纳米复合材料。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的Ag/PMMA纳米复合材料的制备方法，具体是：以PMMA作为聚合物基体，PMMA是聚甲基丙烯酸甲酯的英文缩写，以硝酸银为Ag源，以PVP为分散剂，PVP是聚乙烯基吡咯烷酮的英文缩写，以DMF为反应溶剂和还原剂，DMF是N，N-二甲基甲酰胺的英文缩写，将它们加热反应后得到含有Ag纳米粒子的Ag/PMMA纳米溶胶；再将Ag/PMMA纳米溶胶采用溶剂沉淀法以除去还原剂DMF，最后经干燥后加热成型得到Ag/PMMA纳米复合材料，其按下述步骤进行：

（1）将PMMA和PVP加入到DMF中，并于不断搅拌形成均匀混合体系，PMMA与PVP的质量比为（20～200）：1；PMMA与DMF的质量比为1：（10～30）；

（2）将AgNO₃加入到上述均匀混合体系中，在80～140℃温度下不断加热和搅拌，反应5～120分钟得到Ag/PMMA纳米溶胶，AgNO₃与PMMA的质量比为1：（1000～20）；

（3）将Ag/PMMA纳米溶胶倒入机械搅拌条件的乙醇溶剂中，得到Ag/PMMA沉淀，过滤并用新鲜乙醇洗涤沉淀2～3次，其中Ag/PMMA纳米溶胶与乙醇溶剂的体积比为1：（5～10）；

（4）将Ag/PMMA沉淀置于60～100℃环境中充分干燥后，再在160～200℃加热条件下挤塑成型或者热压成型，得到Ag/PMMA纳米复合材料。

所述PVP的加入量由AgNO₃的加入量决定，PVP与AgNO₃的摩尔比为1：1。

所述的PMMA平均分子量为250,000～350,000。

所述的PVP平均分子量为35,000～45,000 。