[发明专利]一种聚合物/SiO2纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种无机纳米粒子复合材料的制备方法，具体涉及聚合物/二氧化硅纳米复合材料的制备方法。

背景技术：

为了对聚合物基体增强、增韧和增刚，并且使聚合物展现纳米效应，通常在聚合物中添加无机纳米粒子。但就纳米粒子本身的性质而言，由于其表面能高常常会导致纳米粒子的团聚，从而影响性能的发挥。近年来，在无机纳米粒子的表面改性及分散问题上已经有很多研究，相应的一些简便易行的分散性表征方法也随之产生。现有的无机纳米粒子改性方法主要包括化学方法和物理方法，其中，由于具有与聚合物基体极其类似的浸润性，表面接枝聚合物的改性无机纳米粒子被认为是制备高性能聚合物/无机纳米粒子复合材料最理想的填料之一。相关报道有：Feng等利用硅烷偶联剂GPS和乙醇在纳米二氧化硅(SiO₂)表面引入醇羟基，在催化条件下通过酯化反应接枝PMMA，结果表明聚合物接枝率可达55％(Feng L,He L,Ma Y,et al.Materials Chemistry and Physics,2009,116(1):158-163)；Rong等利用硅烷偶联剂APTS在纳米SiO₂表面引入氨基，通过熔态缩聚法在SiO₂表面引入超支化芳香族聚氨酯，接枝率可达32.8％(Yu Y,Rong MZ,Zhang MQ.Polymer,2010,51(2):492-499)。但是，上述改性方法或因过程复杂、成本较高，或因效果不理想等不适宜批量生产复合材料。因此，探索一种适合的无机纳米粒子表面改性方法已成为聚合物/无机纳米粒子复合材料工业化过程中亟待解决的关键问题之一。

发明内容：

本发明提供一种新的聚合物/二氧化硅纳米复合材料的制备方法，即将聚合物与聚合物表面改性的二氧化硅纳米粒子溶液共混或熔融共混制得，由于本发明聚合物表面改性的二氧化硅纳米粒子采用物理共混实现聚合物化学接枝到无机纳米粒子表面上(即利用物理熔态共混过程中聚合物的降解，实现聚合物分子链化学接枝到纳米SiO₂表面上)，使得制备聚合物纳米复合材料的方法更加适于量化生产、过程简单且成本低廉。

本发明的技术方案：

本发明提供一种聚合物/SiO₂纳米复合材料的制备方法，将聚合物与功能化SiO₂纳米粒子通过溶液共混或熔融共混制备聚合物/SiO₂纳米复合材料，聚合物与功能化SiO₂纳米粒子的质量比为：100︰1～6；其中，功能化SiO₂纳米粒子为所述聚合物(即将制备复合)表面改性的SiO₂纳米粒子，其制备方法包括如下步骤：

a将纳米SiO₂和所述聚合物于溶剂中通过溶液共混，使聚合物完全溶解，然后加入沉淀剂析出沉淀，最后对沉淀物进行过滤、干燥处理即得聚合物/纳米SiO₂预混物；其中，聚合物与纳米SiO₂的质量比为：100︰10～20；

b将步骤a制得的预混物在聚合物熔点以上分解温度以下熔融共混5～30min得聚合物/纳米SiO₂共混物；

c将步骤b得到的共混物溶解到溶剂中，通过高速离心得到功能化SiO₂纳米粒子；其中，高速离心条件为：离心速率8000～11000rpm，离心时间10～30min；

d将步骤c所得的功能化SiO₂纳米粒子分散到溶剂中，重复步骤c直至功能化纳米SiO₂表面不存在自由聚合物分子链为止。

优选的，所述聚合物与功能化二氧化硅纳米粒子溶液共混的方法为：将功能化二氧化硅纳米粒子超声分散到溶剂中，然后加入聚合物得到悬浮液，搅拌下使聚合物完全溶解，再加入沉淀剂析出沉淀，沉淀物经过滤、干燥即得聚合物/二氧化硅纳米复合材料；其中，溶剂为能够与所述聚合物相容的溶剂，沉淀剂为聚合物的非溶剂，优选为甲醇、乙醇或水。

优选的，所述聚合物为聚酯类聚合物。

更优选的，所述聚合物选自聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚乳酸(PLA)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。

其中，步骤a、c和d中所述溶剂为能够与所述聚合物相容的溶剂。

步骤a中所述沉淀剂为聚合物的非溶剂，优选为甲醇、乙醇或水。