[发明专利]一种包覆零价纳米铁的聚甲基丙烯酸甲酯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料复合技术领域，尤其涉及一种包覆零价纳米铁的聚甲基丙烯酸甲酯及其制备方法。

背景技术

纳米材料是指颗粒尺寸在纳米数量级(1～100nm)的超细材料，它的尺寸大于原子簇而小于通常的微粉，处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征，引起了业界研究人员的浓厚兴趣。

随着业内对材料性能更高的要求，材料复合化成为了现代材料发展的趋势，因而有机-无机纳米复合材料及其特殊的性质引起了材料科学领域研究人员的广泛关注。这其中聚合物包覆无机纳米颗粒，则是有机-无机纳米复合材料中特殊的一类，两者之间的包覆并不是有机相与无机相的简单加和，而是有机相和无机相在纳米至微米级范围内结合而成。它除了有单一超细粒子所具有的表面效应，体积效应及量子尺寸效应外，还具有复合协同多种功能，因而广泛用于制备高耐磨，高强度复合涂层，功能涂层，新型复合磁性材料，新型导电聚合物和新型发光材料以及其它功能材料等。

聚甲基丙烯酸甲酯是用于包覆无机纳米材料的常用的聚合物之一，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），又称有机玻璃，是透明性最好的聚合物材科之一，具有优良的耐候性、电绝缘性和加工性能等特点，在防弹破璃、仪表配件、光学器具、建筑材料等方面有着广阔的应用前景。

在众多无机纳米材料中，无机纳米粒子的特性尤为突出，其具有普通纳米材料不具有的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特点，同时在光学、磁学、催化、增强增韧等方面也表现出了特殊的性能。因而将PMMA与无机纳米粒子进行复合，得到兼具有机聚合物和无机纳米粒子优良特性的复合材料，成为了业内研究人员关注的热点。

但是由于聚甲基丙烯酸甲酯和无机纳米粒子的亲和性比较差，而且包覆机理复杂，因此在现有技术中，聚甲基丙烯酸甲酯包覆无机纳米粒子过程中的可控性较弱，尤其是最终获得的纳米复合材料中聚甲基丙烯酸甲酯的分子量及分子量分布均难以控制，这成为了限制聚甲基丙烯酸甲酯无机纳米粒子包覆进一步研究和应用的瓶颈。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种包覆零价纳米铁的聚甲基丙烯酸甲酯及其制备方法，本发明提供的纳米复合材料中聚甲基丙烯酸甲酯的分子量及分子量分布均可以控制，同时还具有顺磁性。

本发明提供了一种包覆零价纳米铁的聚甲基丙烯酸甲酯的制备方法，包括以下步骤：

A）将零价纳米铁、单体、链转移剂、助稳定剂、乳化剂和水乳化后，得到细乳液；

B）在保护气体的保护下，将步骤A）得到的细乳液加热反应后，得到包覆零价纳米铁的聚甲基丙烯酸甲酯；

所述保护气体为惰性气体或氮气；

所述单体为甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸环氧丙酯。

优选的，所述零价纳米铁为零价纳米铁与聚甲基丙烯酸甲酯的复合物；

所述零价纳米铁与聚甲基丙烯酸甲酯的复合物按以下方法制备：

在保护气体的保护下，将甲基丙烯酸甲酯、偶氮二异丁腈发生第一反应，得到反应混合物；

将上述反应混合物、氯化亚铁、三乙基硼氢化锂和四氢呋喃的混合，进行第二反应，得到聚甲基丙烯酸甲酯和零价纳米铁的复合物；

优选的，所述保护气体为惰性气体或氮气。

优选的，零价纳米铁、链转移剂与单体的摩尔比为（0.1～2）：（0.25～1）：100。

优选的，所述乳化剂为聚氧乙烯月桂醚；

所述乳化剂与单体的质量比为（5～50）：100；所述乳化剂的质量占所述乳化剂和所述水的总质量的百分比为2～10%。

优选的，所述细乳液的固含量为10～30%。

优选的，所述助稳定剂为十六烷，所述助稳定剂与单体的质量比为（0.2～1）：100。

优选的，所述链转移剂为

中的一种。

优选的，所述步骤A）为：

将零价纳米铁、单体、链转移剂、助稳定剂、交联剂、乳化剂和水乳化后，得到细乳液；

所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯、1，4-丁二醇二甲基丙烯酸酯或2，2-二硫二乙醇二甲基丙烯酸酯；

所述交联剂与单体的质量比为（5～25）：100。

优选的，所述加热反应的温度为25～60℃，所述加热反应的时间为10～150小时。

优选的，包括：零价纳米铁和包覆所述零价纳米铁的聚甲基丙烯酸甲酯；

所述聚甲基丙烯酸甲酯的分子量多分散性指数小于1.20。