[发明专利]一种具有核壳结构的纳米改性氯醚树脂及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种纳米复合材料及其制备方法，具体地说是一种具有核壳结构的纳米改性氯醚树脂及其制备方法。

二、背景技术

无机纳米粒子可以显著改善聚合物的性能，因此，纳米粒子-聚合物复合技术得到了广泛的发展和应用。氯醚树脂是一种由75％氯乙烯和25％乙烯基异丁基醚共聚而成的含氯聚合物，其生产工艺对环境无污染，防腐性能十分优异，因此国外已将氯醚树脂广泛用于构件的表面防腐蚀涂料，以取代通用的氯化橡胶。纳米粒子由于其表面和结构的特殊性，能产生紫外线吸收、抗菌性等特殊效应，若将纳米粒子和氯醚树脂制备成纳米粒子-氯醚树脂复合材料，则可以显著提高氯醚树脂的力学性能、耐液体介质和耐候性等性能。

近年来，关于纳米改性氯醚树脂的研究较为少见。徐小英(徐小英，向斌，李焰等.纳米TiO₂浆料改性氯醚树脂防腐涂层的初步研究[J].材料保护，2004，37(8)：24-26)和向斌(向斌，张胜涛，李焰等.金红石型纳米TiO₂浆料改性氯醚树脂防腐涂层的研究[J].电化学，2005，11(4)：393-397)等人用纳米二氧化钛浆料改性氯醚树脂，其改性方法是先将金红石型纳米二氧化钛在有机溶剂中高速分散制成浆料，再与氯醚树脂溶液用砂磨分散机高速搅拌分散，从而实现纳米二氧化钛对氯醚树脂的改性。该方法的优点是制备工艺简单，操作方便，氯醚树脂防腐涂层的耐腐蚀性能得到了一定程度的提高；其缺点是：简单的物理共混很难将纳米二氧化钛均匀地分散在氯醚树脂基体中，纳米二氧化钛的性能发挥受到抑制，从而限制了这种纳米改性氯醚树脂在高技术领域的应用。

三、发明内容

本发明旨在提供一种具有核壳结构的纳米改性氯醚树脂及其制备方法。需要解决的技术问题是将纳米颗粒均匀的分散在树脂基体中。

本发明的思路是将表面改性后的纳米粒子在聚合反应前加入反应体系中，使单体在纳米粒子表面发生聚合反应，形成具有核壳结构的纳米颗粒-聚合物复合材料，从而实现纳米粒子以化学键的形式与聚合物结合。利用聚合包覆的方法对氯醚树脂进行纳米改性，可以最大程度地解决纳米粒子的团聚问题，实现纳米粒子在聚合物中良好的分散。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种具有核壳结构的纳米改性氯醚树脂的特点在于：以氯醚树脂为聚合物基体，在所述聚合物基体中均布偶联剂改性的纳米颗粒；所述纳米颗粒与氯醚树脂的质量比为1-2∶100；

所述纳米颗粒为二氧化硅、二氧化钛或碳酸钙；所述纳米颗粒的粒径为50-150nm。

本发明具有核壳结构的纳米改性氯醚树脂的制备方法的特点在于：首先用偶联剂对纳米颗粒进行表面改性，然后加入氯乙烯和乙烯基异丁基醚单体，通过水相微悬浮聚合法对纳米颗粒进行包覆，得到具有核壳结构的纳米改性氯醚树脂。

本发明具有核壳结构的纳米改性氯醚树脂的制备方法的特点也在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂。

本发明具有核壳结构的纳米改性氯醚树脂的制备方法的特点也在于：所述硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。

本发明具有核壳结构的纳米改性氯醚树脂的制备方法的特点也在于按以下步骤操作：

a、表面改性

向偶联剂中加入有机溶剂和去离子水，调pH值为8.5-9.0，室温搅拌30分钟后加入纳米颗粒，于45-50℃超声分散1.5-2小时，超声分散后维持温度不变搅拌3-10小时，然后在80℃下干燥6-8小时得粉料，用有机溶剂洗涤所述粉料并离心、干燥后得到改性纳米颗粒；

所述纳米颗粒和所述偶联剂的质量比为1∶1-3；

所述纳米颗粒和所述的去离子水的质量比为1∶1-2.5；

所述有机溶剂为无水乙醇、异丙醇或N，N-二甲基甲酰胺；

b、包覆

将步骤a得到的改性纳米颗粒加入去离子水中，超声分散1.5-2小时，所述去离子水的质量是所述改性纳米颗粒质量的100-150倍；然后加入氯乙烯、乙烯基异丁基醚、引发剂、分散剂、乳化剂和缓冲剂，于70-85℃搅拌反应7-10小时，反应结束后过滤，并用去离子水洗涤2-3次，在35-45℃下真空干燥10小时即得具有核壳结构的纳米改性氯醚树脂；

所述改性纳米颗粒、氯乙烯和乙烯基异丁基醚的质量比为1-2∶60-75∶25-40；

所述引发剂为过氧化物引发剂或偶氮类引发剂，加入量为氯乙烯和乙烯基异丁基醚总质量的0.75-1％；

所述分散剂为聚乙烯醇或羟丙基纤维素，加入量为氯乙烯和乙烯基异丁基醚总质量的0.075-0.4％；