[发明专利]高耐磨光固化丙烯酸酯/水滑石纳米复合材料及其制法

说明书

（一）技术领域

本发明属于光固化丙烯酸酯/水滑石纳米复合材料技术领域，具体涉及以剥离型有机改性水滑石为添加组分的光固化丙烯酸酯/水滑石纳米复合材料及制备方法。 

（二）背景技术

1987年日本报道用插层聚合方法制备尼龙6/黏土纳米混杂材料实现了无机纳米相均匀分散、无机/有机强界面结合、自组装和具有较常规聚合物/无机填料复合材料无法比拟的优点，如优异的力学、热学性能和气体阻隔性能等，因此此类聚合物/无机纳米复合材料备受关注。国内外对聚合物/无机纳米复合材料的研究异常活跃，美国康奈尔大学、密歇根大学、日本丰田研究发展中心和中国科学院化学研究所等制备出尼龙6、PS、PET、PBT等聚合物/无机纳米复合材料，并在其基础理论和应用开发方面取得一系列重要进展。 

水滑石具有层状主体结构，其组分和层电荷密度可调，本身具有离子交换能力、吸附和催化性能；同时还具有耐热性、耐辐射性和耐酸碱性；特别的，水滑石层片为一折皱多面层而比其它的层状硅酸盐具有更好的伸展性。这一特性已通过测定其刚性模量的伸展变形得到确认。由此，聚合物／水滑石纳米复合体系将有可能相比其它层状主体纳米复合材料形成强有力的竞争。另外水滑石制备简单，产品纯净，成本低廉，因而使它在高分子材料中的应用前景更加诱人。 

紫外光固化涂料作为20世纪60年代开发的一类新型涂料，主要成分是高分子树脂和单体脂类，利用紫外光为固化能源，在常温下引发不同组分间发生化学反应，瞬间快速交联成膜。丙烯酸酯由于其在光固化时无溶剂挥发、快速、低能耗等特点，已被大量应用于粘合剂、油墨、涂料、复合材料等方面。现紫外光固化涂料已占涂料总量的20%，而且其需求量每年以近百分之二十的速度增长。特别是这几年紫外光固化设备的进步，更推进了紫外光固化涂料的市场需求。 

采用水滑石改性紫外光固化涂料，国内外已有一些报道。CN200910116837.1公开了用带有异氰酸根基团的丙烯酸酯改性剂修饰后的水滑石加入到光固化涂料体系中，制得用于紫外光固化的丙烯酸酯/层状双氢氧化物纳米复合材料；CN200910099147.X报道了将水滑石悬浮液与聚合物乳液混合，搅拌使水滑石片层与乳胶粒子经静电吸附组装形成复合粒子，得到聚合物/水滑石纳米复合材料；2010年有机涂料进展（Progress in Organic Coatings,2010,69:92-99）报道了用光引发剂1173插层改性的水滑石，加入到丙烯酸酯光固化体系中，制备了紫外光固化纳米复合涂料，其机械性能和热性能都得到了提高；2011年材料研究通报（Materials Research Bulletin,2011,46:244-251）报道了用光引发剂2959插层的水滑石做前驱体，制备了 剥离型的光固化聚合物/水滑石纳米复合材料，涂料的玻璃化转变温度提高约10℃。 

从目前公开的专利和文献可知，制备聚合物/水滑石纳米复合材料的主要方法是通过原位聚合是实现插层和剥离，往往需要先将水滑石通过离子交换实现有机改性，再与聚合物原位聚合，制备纳米复合材料。这种方法需要在聚合过程中实现水滑石层板的剥离，剥离程度往往不高，而且原位聚合法中水滑石的存在对聚合物的性质如分子量及分子量分布等造成影响。 

（三）发明内容

本发明的用于紫外光固化高耐磨丙烯酸酯/水滑石纳米复合材料及其制法其特征在于: 

先按如下步骤形成有机改性的水滑石: 

（1）有机改性水滑石的制备： 

在表面活性剂-水的胶束溶液中，加入表面活性剂质量0.1-10倍的烷烃，在30-90℃，以500-3000转/分钟的转速搅拌，同时滴加重量百分浓度为5-50%的碱性溶液调节pH值在7-12，用二价金属离子与三价金属离子的摩尔比为1-6:1、二价金属离子和三价金属离子的总浓度为0.1-3摩尔/升的混合水溶液进行滴定，同时滴加重量百分浓度为5-50%的碱性溶液调节pH值7-12，滴定结束后在50-90℃恒温6-36小时，过滤得有机改性水滑石滤饼；