[发明专利]一种聚合物/无机纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及了一种利用无机溶胶制备聚合物/无机复合材料的方法，属复合材料制备技术领域。

背景技术

纳米复合材料是近年来发展起来的新型材料，被誉为“21世纪最有前途的材料”之一。由于纳米粒子具有小尺寸效应、大比表面积及强界面作用等特性，在加入聚合物基体中后能够显著改善聚合物的力学性能，在光、电、磁、声以及催化等方面也呈现出特有的性能。因此，近年来，聚合物/无机纳米粒子复合材料成为研究的热点。

但是也由于无机纳米粒子粒径小（1-100nm），表面能大，处于热力学非稳定态，易团聚，在聚合物基体中不易分散，致使其失去了纳米粒子的特性。此外，有机和无机组分在热力学上不相容也不利于纳米粒子在聚合物中均匀分散。因此，纳米粒子在聚合物基体中实现纳米级分散是获得高性能纳米复合材料的关键。

传统制备聚合物/无机纳米复合材料的方法主要是应用机械搅拌分散、超声波分散和高能处理法分散等物理方法，借助外界剪切力或撞击力等机械能，使纳米粒子在介质中充分分散。这种方法不易控制，一旦外力停止，容易出现纳米粒子再次团聚的现象，不能起到持续的抑制团聚的效果。或者将无机纳米粉体经过表面改性后与聚合物单体共混，然后原位聚合得到聚合物/无机纳米复合材料。这种方法得到的复合材料中，无机粒子由于加入前具有很高的表面能，团聚严重，导致在聚合物中分散不好，影响复合材料的性能。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种聚合物/无机纳米复合材料的制备方法。该方法使用纳米掺杂氧化锡溶胶作为无机相，聚甲基丙烯酸甲酯作为有机相。首先对纳米掺杂氧化锡溶胶进行表面改性，在无机粒子表面引入不饱和双键作为表面聚合接枝活性点，再通过溶剂置换将无机纳米粒子溶于甲基丙烯酸甲酯单体中，通过原位聚合后得到聚合物/无机复合材料。该发明优点在于无机纳米粒子一开始就处于溶胶态，分散性好，经过表面处理后更大大降低了粒子间团聚的可能性。因此，在溶剂置换过程中能够很好的分散在甲基丙烯酸甲酯单体中，这使得无机纳米粒子在聚合物基体中分散性好，复合材料性能优异，有着很好的力学和光学性能，能够作为汽车、飞机、建筑物等窗口节能材料。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：

一种聚合物/无机纳米复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

a.在稳定性优异的纳米掺杂氧化锡溶胶中加入一定量γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，先后经过超声和回流处理得到改性的纳米掺杂氧化锡溶胶。

b.将改性后的纳米掺杂氧化锡溶胶溶于甲基丙烯酸甲酯单体中，经过溶剂置换过程除去纳米掺杂氧化锡溶胶的原溶剂，得到以甲基丙烯酸甲酯为溶剂的溶液。

c.将上述溶液在氮气保护条件下加入引发剂，在一定温度下回流反应一定时间后，将溶液倒入模具中，热固化后得到聚合物/无机纳米复合材料。

所述纳米掺杂氧化锡是以氟盐、锑盐或者氟或锑盐作为掺杂剂。

所述纳米掺杂氧化锡溶胶的溶剂为下述之任一种：乙醇、甲醇、异丙醇、四氯化碳、乙酸乙酯、丙酮、丁酮、四氢呋喃、正丙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚或者它们的混合溶剂。

所述γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷占掺杂氧化锡溶胶的质量百分含量是0.1%-20%。

所述超声处理的时间分别为1min-720min，回流处理的时间为30min-720min。

所述纳米掺杂氧化锡占甲基丙烯酸甲酯单体的质量百分含量是0.1%-40%。

所述溶剂置换过程包括萃取、旋转蒸发、减压蒸馏、常压蒸馏中的至少一种。

所述引发剂为偶氮二异丁腈或过氧化苯甲酰，用量为占甲基丙烯酸甲酯单体的质量百分含量是0.01%-1.0%。

所述步骤c中的温度为65^oC-80^oC，时间为20min-60min。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1：

以纳米氟掺杂氧化锡作为无机组分，聚甲基丙烯酸甲酯作为有机基体的复合材料，其制备过程如下：

a.在稳定性优异的乙醇为溶剂的纳米氟掺杂氧化锡溶胶中加入占其质量分数为5%的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，先后经过超声30min和回流处理240min得到改性的纳米氟掺杂氧化锡溶胶。