[发明专利]星形/多臂嵌段共聚物在制备含有纳米粒子的混合物中的用途

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学领域，具体的，涉及星形/多臂嵌段共聚物在制备含有纳米粒子的混合物中的用途。

背景技术

纳米材料在润滑油、润滑脂、导电浆料、油墨、打印胶、光刻胶、涂料、涂层和粘结剂等产品中有广泛应用。改善纳米材料在这些介质中的分散性，有望显著改善润滑油添加剂的摩擦学性能、涂料的流平性、导电浆料在导电装置中的导电性等。

纳米粒子粒度小，表面能高，粒子之间容易发生团聚，纳米材料在有机介质中的分散和稳定成为限制其广泛应用的主要技术问题之一。实际应用中常常用表面活性剂改善纳米颗粒的分散均匀性、稳定性。常用的低分子表面活性剂有长链烷基醇、长链烷基胺、长链烷基羧酸等。常用的聚合物表面活性剂有聚醚类表面活性剂、聚多糖类表面活性剂、梳状高分子表面活性剂等。

现有的聚醚类表面活性剂包括烷基聚醚醇(Alkyl Polyether Alcohols)、烷基芳基聚醚醇(Alkylaryl Polyether Alcohols)和聚醚嵌段共聚物(Polyether Block Copolymers)。烷基聚醚醇中，用烷基链封端的乙氧基/丙氧基化物(Alkyl PEG/PPG Ethers)为该类代表。烷基芳基聚醚醇中，以辛基酚封端的乙氧基/丙氧基化物(Octylphenol PEG/PPG Ethers)为该类代表。聚醚嵌段共聚物中，以聚乙二醇、聚丙二醇为结构单元形成的嵌段共聚物为代表，包括Poloxamer、Hypermer、Zephrym线形聚醚嵌段共聚物、Tetronic支化水溶性聚醚嵌段共聚物。

已有的研究多用聚醚类表面活性剂在极性介质中分散纳米颗粒。然而，在这类应用中，现有的聚醚类表面活性剂只能在短时间内使低浓度的纳米颗粒体系保持分散均匀稳定。在时间延长(通常一周时间)或者高浓度纳米颗粒条件下，现有的聚醚类表面活性剂已经不能使纳米颗粒保持分散均匀稳定，这种不均匀、不稳定性在非极性介质中表现尤为明显。现有的聚醚类表面活性剂的这种使纳米颗粒不均匀、不稳定性质，限制了其应用范围，特别是限制了其在涂料技术和油墨技术中的应用。

因而，对纳米材料的分散技术仍有待改善。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术领域中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出星形嵌段共聚物、多臂嵌段共聚物在制备含有纳米粒子的混合物中的新用途。

本发明是基于发明人的以下发现而完成的：

纳米粒子表面通常带有羟基、羧基或其他极性官能团，由此，聚合物和纳米粒子之间存在离子相互作用力和范德华力。具体而言，离子键是阴离子和阳离子通过静电相互作用形成的化学键，离子键具有不饱和、无方向性的特征。当接触液体介质时，离子型分散剂通过对纳米粒子的吸附作用而覆盖在纳米粒子表面，从而使得纳米粒子表面带有电荷而彼此排斥。发明人发现，这种策略可以有效地用于分散表面带有羧基等离子官能团的纳米粒子。分散剂与纳米粒子表面上接枝基团中的未成键原子之间存在范德华力，低分子量分散剂和纳米粒子之间的范德华力作用甚微，但采用聚合物分散剂则效果完全不同。聚合物链中结构单元的数量非常庞大，而每一个结构单元均相当于一个小分子。范德华力没有指向性、且不会饱和，因此聚合物链和纳米粒子之间的范德华力足够大而使得聚合物能够包覆纳米粒子表面的至少一部分。发明人发现，这种策略可以用于分散表面带有非离子官能团的纳米粒子。

因而，在本发明的第一方面，本发明提供了嵌段共聚物在制备含有纳米粒子的混合物中的用途，所述嵌段共聚物为选自星形嵌段共聚物和多臂嵌段共聚物中的至少一种。发明人发现，使用本发明提供的嵌段共聚物能够有效将纳米粒子分散于有机介质中，形成的分散体系稳定性高，能够长期储存而不发生沉降。

根据本发明的示例，所述含有纳米粒子的混合物为选自润滑油、润滑脂、导电浆料、油墨、打印胶、光刻胶、涂料、涂层和粘结剂中的至少一种。

根据本发明的示例，基于所述含有纳米粒子的混合物的总质量，所述纳米粒子的质量分数为0.001％～90％。

根据本发明的示例，所述嵌段共聚物和所述纳米粒子的质量比为(0.0001-10)：1。

根据本发明的示例，所述嵌段共聚物化学结构由A链段和B链段两类链段构成。

根据本发明的示例，所述A链段由分子链骨架单侧封端的聚烯烃形成，所述A链段所用封端官能团为酸酐、羧基、氨基、羟基、环氧基和异氰酸酯基中的至少一种。