[发明专利]一种纳米蒙脱土/聚丙烯酸酯复合材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米蒙脱土/聚丙烯酸酯复合材料的制备方法及其在聚氯乙烯（PVC）塑料加工改性中的应用。

背景技术

聚氯乙烯(PVC)在抗冲击强度、耐热耐候性能等方面存在的缺陷，限制了其应用领域。目前对聚氯乙烯(PVC)的改性，主要是在其加工成制品的过程中添加抗冲击改性剂和热稳定剂来提高其力学性能和热稳定性能。

核壳结构聚丙烯酸酯或其共聚物（简称ACR）以其优异的抗冲击性能成为新一代的抗冲击改性剂产品，但因其生产成本较高，工艺复杂，目前在国内还没有得到广泛的应用，大多与其他抗冲击改性剂一起搭配使用，而且性能单一。蒙脱土是一类具有天然的纳米级层状结构的硅酸盐，以其独特的性能，成为制备聚合物基纳米复合材料的无机粒子之一，它可以改善聚合物的热稳定性、弯曲性、阻燃阻隔性等多种性能。

目前，利用蒙脱土对丙烯酸酯类进行改性的研究不少，但多用于纺织浆料和涂料等应用领域。中国发明专利200510021353.0公开了一种丙烯酸系聚合物/蒙脱土纳米纺织浆料及其制备方法，直接采用钠基蒙脱土，通过亲水性丙烯酸系列单体自由基引发原位溶液聚合，合成了水溶性丙烯酸系聚合物/蒙脱土纳米复合浆料，这种浆料与淀粉或变性淀粉配合，可大幅度改善经纱上浆性能并降低成本。

中国发明专利200810020005.5公开了一种紫外光固化聚丙烯酸酯/改性蒙脱土纳米复合材料及其制法，先用长链烷基季铵盐对蒙脱土进行有机改性，然后用带有异氰酸根基团的丙烯酸酯对蒙脱土表面羟基进行修饰、接枝大量高反应性的丙烯酸酯基团，进一步扩大层间距，最后把表面修饰的蒙脱土与丙烯酸酯单体、丙烯酸酯低聚物和紫外光引发剂混合，制得用于紫外光固化的聚丙烯酸酯/改性蒙脱土纳米复合材料。与纯聚丙烯酸酯材料相比，聚丙烯酸酯/改性蒙脱土纳米复合材料的力学性能和耐热性能有了明显提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米蒙脱土/聚丙烯酸酯（ACR）复合材料的制备方法，以二次改性纳米蒙脱土作为ACR的改性剂，通过与ACR外壳的复合实现对ACR的改性，从而得到纳米蒙脱土/ ACR复合材料。

本发明所述纳米蒙脱土/ACR纳米复合材料的制备方法是将先用硫酸对钠基蒙脱土进行一次改性，进而用丙烯酸酯单体进行原位插层聚合二次改性，获得二次改性蒙脱土；然后在ACR的外壳制备过程中与二次改性蒙脱土进行复合，制备出纳米蒙脱土/ACR复合材料，其具体制备方法包括如下步骤：

（1）将浓硫酸配成质量浓度40~70%的酸性水溶液，按照钠基蒙脱土与酸性水溶液3:1的质量比，将蒙脱土加入到上述酸性水溶液中，在85℃下高速搅拌3小时，趁热过滤，用蒸馏水洗涤至中性，烘干，研磨，得到一次改性蒙脱土；

（2）将一次改性蒙脱土加入体积比1:1的乙醇-蒸馏水混合溶剂中，一次改性蒙脱土与乙醇-蒸馏水的质量比为1:1~3，加入γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种作为改性剂，用量为一次改性蒙脱土质量的1%，在50℃水浴中超声-机械双搅拌分散3小时，保持50℃下加入单体甲基丙烯酸甲酯、引发剂偶氮二异丁腈，其中甲基丙烯酸甲酯与一次改性蒙脱土质量比为1:1~5，偶氮二异丁腈用量为甲基丙烯酸甲酯质量的0.3~1.0%；搅拌均匀，通氮气0.5小时，缓慢升温至80℃，搅拌反应6小时，降至常温，抽滤，用蒸馏水洗涤，反复3次，80℃下真空干燥至恒重，研磨，即制得二次改性蒙脱土；

（3）以蒸馏水为溶剂，丙烯酸丁酯作为单体A，过硫酸钾为引发剂，其用量为单体A质量的0.1～0.8%；十二烷基硫酸钠作为乳化剂，其用量为单体A质量的0.5～5.0%；在70℃并持续搅拌下，反应0.5小时，制备种子乳胶；

（4）以丙烯酸丁酯和苯乙烯为单体B，其中，丙烯酸丁酯与苯乙烯的质量比为4:1，N,N^，-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，其用量为单体B质量的0.02～0.1%；过硫酸钾作为引发剂，其用量为单体B质量的0.05～0.3%；十二烷基硫酸钠作为乳化剂，其用量为单体B质量的0.1～1.0%，将上述组分加入蒸馏水中搅拌得到预乳化液I，将预乳化液I滴加到步骤（3）的种子胶乳中，在75℃并持续搅拌下反应1小时，得到核乳液；