[发明专利]一种纳米核壳粒子及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种纳米核壳粒子及其制备方法与应用，该纳米核壳粒子包括内核改性纳米SiO₂粒子以及包覆该改性纳米SiO₂粒子的外壳端羟基超支化聚合物；其制备方法包括如下步骤：(1)将纳米SiO₂粒子与强氧化剂混合后，加入非活性有机溶剂和硅烷偶联剂，制得改性纳米SiO₂粒子；(2)将上述改性纳米SiO₂粒子、有机溶剂、有机酸酐以及多元醇混合，制得该纳米核壳粒子；该纳米核壳粒子应用于双酚A二缩水甘油醚环氧树脂的增韧。优点为该纳米核壳粒子具有明显的小尺寸效应和表面效应，用于环氧树脂的增韧，可在提高树脂韧性的同时，有效地改善树脂的拉伸性能；同时，本发明制备方法简单。

技术领域

本发明属于核壳粒子领域，尤其涉及一种纳米核壳粒子及其制备方法与应用。

背景技术

双酚A二缩水甘油醚环氧树脂通常用胺类固化剂固化，在固化后，树脂固化体表现出优异的机械力学性能、耐热性能和耐化学性能，但因固化后环氧树脂的交联密度高，故缺乏韧性。

纳米粒子由于尺寸在1～100nm之间，具有尺寸小、比表面积大以及活性高等优点，极易与环氧树脂结构中的官能团发生化学或物理作用，从而提高环氧树脂基体与纳米粒子之间的界面粘结力，实现环氧树脂固化体的增韧增强。此外，由于无机纳米粒子的加入，对固化体系的玻璃化转变温度(T_g)、固化工艺以及化学性质等影响不大，因此有利于现有树脂体系的继续应用。最重要的是，加入无机纳米粒子改性环氧树脂体系，属于纯粹以物理改性手段达到环氧树脂增韧增强的目的，不涉及体系的化学计量，从而可以在一定范围内很方便地控制使用量。

核壳粒子是一种新型的高分子纳米材料，一般至少由核(通常可以为固体、液体或者气体)和壳(一般为固体，根据应用不同而含有不同的端基官能团)两部分组成，其性质由核、壳两部分组成材料共同决定。由于核壳聚合物(CSP)具有优异的电、磁、光学、催化、热及机械力学性能，因此其在工业、表面涂层、催化剂、光电转换、污染控制、药物传输以及树脂增韧剂等领域得到广泛的应用。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种具有明显的小尺寸效应和表面效应、能够提高树脂韧性及拉伸性能的纳米核壳粒子；本发明的第二目的是提供该纳米核壳粒子的制备方法；本发明的第三目的是提供该纳米核壳粒子的应用。

技术方案：本发明的纳米核壳粒子包括内核改性纳米SiO₂粒子以及包覆该改性纳米SiO₂粒子的外壳端羟基超支化聚合物。进一步说，该纳米核壳粒子的直径为50～80nm，具有明显的小尺寸效应和表面效应，其直径优选为60～70nm。

活性端羟基能与环氧树脂基体的环氧基以及胺类固化剂中的氨基反应，提高了界面粘附力，进一步说，本发明的端羟基超支化聚合物的质均分子量为5000～7000，优选为6600～7000。

本发明制备纳米核壳粒子的方法，包括如下步骤：

(1)将纳米SiO₂粒子与强氧化剂混合，在100～110℃条件下回流4～10h后，加入非活性有机溶剂和硅烷偶联剂，然后在70～90℃条件下反应4～10h，过滤、干燥后制得改性纳米SiO₂粒子，其中，纳米SiO₂粒子、强氧化剂、非活性有机溶剂以及硅烷偶联剂的重量份数比为1:5～20:30～50:2.5～10，优选为1:15～20:45～50:7～10。

(2)将上述改性纳米SiO₂粒子、有机溶剂、有机酸酐以及多元醇按重量份数比1:5～20:1～3:1～3混合，在110～130℃条件下聚合反应4～10h，洗涤，干燥后制得改性纳米SiO₂粒子/端羟基超支化聚合物纳米核壳粒子；其中，改性纳米SiO₂粒子、有机溶剂、有机酸酐以及多元醇的重量份数比优选为1:8～12:1.2～1.8:1.2～1.6。