[发明专利]一种聚合物基纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物基无机纳米复合材料的制备方法，属于无机纳米复合材料技术领域

背景技术

纳米复合材料是近年来发展起来的新型材料,被称为“21世纪最有前途的材料”之一.纳米复合材料的概念最早是1984年提出的,它是指分散相尺寸至少有一相的一维尺寸<100nm的复合材料.由于纳米粒子尺寸小、比表面积大,以及所产生的量子效应和表面效应,使得纳米复合材料较常规复合材料具有更优异的物理与力学性能,在电、磁、光、声、热力学、催化和生物等方面呈现出其特有的性能。因此,纳米复合材料的制备已成为获得高性能复合材料的重要方法之一,同时它也是纳米复合材料性能研究的基础。聚合物-无机纳米复合材料具有有机和无机材料的特点,并通过两者之间的耦合作用产生出许多优异的性质,有着广阔的发展前景,是探索高性能复合材料的一条重要途径。采用传统的共混方法制备的超细无机填充聚合物材料远远没有达到纳米分散水平,只属于微观复合材料。原因在于:当填料粒径尺寸小于1～0.1μm时,粒子表面能很大,粒子间的自聚集作用很强,用现有的一般共混技术难以获得纳米尺度上的均匀分散;另一方面,混合的不均匀性使得现有的界面改性技术难以完全消除填料与聚合物基体间的界面张力,从而实现理想的界面粘接。因此,将纳米材料分散于聚合物中以提高高分子材料性能是本领域中的技术难点,也是近年来研究的一个热点。如果其中的无机组分是层状材料,则常采用插层法来制备聚合物-无机纳米复合材料。这样可以使无机相更均匀的分散在有机相中,材料的性能得到更大提高。

发明内容

本发明的目的是解决现有制备方法的缺点，提供一种制备过程简单、成本低、无须复杂设备且对环境污染小的新方法。

一种聚合物基纳米复合材料的制备方法，该方法指将层状无机物与高聚物混合,再将混合物加热到熔融状态,在静止条件下或搅拌作用下直接插层进人经过有机改性的蒙脱土层间,使层状蒙脱土盐剥离,与聚合物以纳米尺度相复合，制得纳米复合材料。熔融插层制备聚合物纳米复合材料的过程分为2个阶段:一是蒙脱土的有机化处理,将蒙脱土置于高速搅拌反应釜中加入有机硅烷剂加热，熔融混合，使有机硅烷剂进入到蒙脱土层间，将物料打碎，得到有机化的蒙脱土。二是有机化蒙脱土与聚合物的熔融共混插层，得到聚合物基纳米复合材料。

本发明的优点与效果是：

1、设备简单，采用双辊混炼机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机或者注塑机等作为混合加工设备,不需要投入专门的设备,从而更加高效、可行,同时也具有更大的工业化前景。

2、无单体困扰，不涉及到单体的聚合,聚合物基体的相对分子质量和强度都不会受到影响,也不存在单体和催化剂的选择问题。

3、不需要使用溶剂，采用熔融插层法的优点是避免使用溶剂,对环境有利并更经济,而且提供了常规技术,研究在二维空间受限制聚合物的理想体系。

附图说明

图1为本发明实施例1蒙脱土/甲基丙烯酸插层复合物X射线衍射图；

图2为本发明实施例2蒙脱土/环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷插层复合物X射线衍射图；

图3为本发明实施例3蒙脱土/3-氨基丙基三乙氧基硅烷插层复合物X射线衍射图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

将蒙脱土置于高速搅拌反应釜中加入甲基丙烯酸加热至80-100℃，熔融混合60min左右，使甲基丙烯酸进入到蒙脱土层间，将物料打碎，得到有机化的蒙脱土。再将有机化的蒙脱土与聚合物在熔融状态下共混插层，得到蒙脱土/甲基丙烯酸插层复合物。

实施例2：

将蒙脱土置于高速搅拌反应釜中加入环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷加热至80-100℃，熔融混合60min左右，使环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷进入到蒙脱土层间，将物料打碎，得到有机化的蒙脱土。再将有机化的蒙脱土与聚合物在熔融状态下共混插层，得到蒙脱土/环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷插层复合物。

实施例3：

将蒙脱土置于高速搅拌反应釜中加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷加热至80-100℃，熔融混合60min左右，使3-氨基丙基三乙氧基硅烷进入到蒙脱土层间，将物料打碎，得到有机化的蒙脱土。再将有机化的蒙脱土与聚合物在熔融状态下共混插层，得到蒙脱土/3-氨基丙基三乙氧基硅烷插层复合物。