[发明专利]一种凹土/聚苯醚纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种凹土/聚苯醚纳米复合材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着各种设备朝着以塑代钢的轻量化方向发展，具有高耐热性、阻燃性和耐化学性的聚苯醚树脂所制备的材料，越来越多的应用在各种电气、电子设备部件，车辆设备部件，以及化学设备部件，甚至船舶、桥梁、建材中。

聚苯醚树脂具有良好的力学性能、电性能、耐热性、阻燃性以及化学稳定性等，但是聚苯醚制品容易发生应力开裂，缺口冲击强度低，通常会添加增韧剂来改善，而易燃的增韧剂的加入会导致聚苯醚阻燃性能的降低，需添加价格昂贵的阻燃剂来提高阻燃性能，因此一方面导致成本较高，另一方面导致力学性能和热变形温度的降低。此外，聚苯醚熔体粘度高，加工性极差，不能采用注射方法成型，同时气味较大，大大限制了其应用。凹土是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐黏土矿物，其单晶呈纤维状，直径为20nm左右，长度可达几个微米，是一种天然的一维纳米材料，具有特定的直径与孔道、较大的内外比表面积、特殊的电荷分布、含镁铝和水等阻燃元素、良好的胶体性能、无毒以及较大的长径比等特点，在补强、纳米增韧、耐热、阻燃、除味等方面得到了广泛的运用。

为进一步改善聚苯醚的力学性能、加工性、耐热性、阻燃性和气味，并降低成本。采用原位聚合的方法，制备以改性凹土为核，聚苯醚为壳的凹土/聚苯醚纳米复合材料。目前，该方法未见文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种力学性能、加工性、耐热性、阻燃性和气味优异的凹土/聚苯醚纳米复合材料。

实现上述目的的技术方案是：先将凹土进行疏水改性，然后采用原位聚合的方法，制备以改性凹土为核，聚苯醚为壳的凹土/聚苯醚纳米复合材料。

所述方法的具体步骤如下：

(1)凹土浆体的制备：将凹土粉体分散到水中配制成凹土浆体，其中凹土与水的质量比为0.05～0.25∶1；

(2)凹土的化学改性：不断搅拌下，向凹土浆体中滴加改性剂，其中改性剂与凹土的质量比为0.05～0.4∶1，反应温度为40～100℃，反应时间为1～24h，反应后过滤，洗涤，在60～120℃干燥后粉碎，得到改性凹土；

(3)改性凹土浆体的制备：将改性凹土分散到有机溶剂中配制成改性凹土浆体，其中改性凹土与有机溶剂的质量比为0.01～0.25∶1；

(4)凹土/聚苯醚纳米复合材料的制备：将卤化亚铜、有机胺放入改性凹土浆体中，不断搅拌，然后将2，6-二甲苯酚和氧化剂溶于有机溶剂中，加入到含铜胺络合物的改性凹土浆体中，反应1～24h，2，6-二甲苯酚与凹土的质量比为1～100∶1，卤化亚铜与2，6-二甲苯酚的质量比为0.005～0.1∶1，有机胺与2，6-二甲苯酚的质量比为0.005～0.1∶1，氧化剂与2，6-二甲苯酚的摩尔比为0.2～1∶1，反应后将反应液倒入含5％盐酸的甲醇溶液中析出聚苯醚，抽滤，用含5％盐酸的甲醇溶液洗涤，然后再50～120℃下干燥，粉碎，得到凹土/聚苯醚纳米复合材料。

步骤(1)中，凹土与水的质量比优选为0.15∶1。

步骤(2)中，改性剂为硅烷偶联剂、阳离子表面活性剂中的一种；改性剂与凹土的质量比优选为0.2∶1。

步骤(2)中，优选反应温度为70℃，反应时间为12h，反应后过滤，洗涤，在90℃干燥后粉碎，得到改性凹土。

步骤(3)中，有机溶剂为1，4-二氧六环、甲醇、甲苯、二甲苯中的一种；改性凹土与有机溶剂的质量比优选为0.15∶1。

步骤(4)中，卤化亚铜为氯化亚铜、溴化亚铜、碘化亚铜中的一种；有机胺为二甲胺、正丁胺、吡啶、苯胺中的一种；氧化剂为氧气、双氧水、过硫酸铵中的一种。

步骤(4)中，优选2，6-二甲苯酚与凹土的质量比为50∶1，卤化亚铜与2，6-二甲苯酚的质量比为0.05∶1，有机胺与2，6-二甲苯酚的质量比为0.05∶1，氧化剂与2，6-二甲苯酚的摩尔比为0.5∶1。

步骤(4)中，优选加入到含铜胺络合物的改性凹土浆体中，反应12h，反应后将反应液倒入含5％盐酸的甲醇溶液中析出聚苯醚，抽滤，用含5％盐酸的甲醇溶液洗涤，然后再90℃下干燥，粉碎，得到凹土/聚苯醚纳米复合材料。

本发明的积极效果如下：

1、本发明核壳结构的存在，能均匀的将凹土分散均匀，从而最充分显示其纳米效应，在聚苯醚中的力学性能以纳米增韧表现最为明显。

2、本发明核体为改性凹土，为一维纳米材料，具有较大的长径比，能在聚苯醚中起到补强作用。