[发明专利]一种高介电的硅氧烷接枝的钛酸锶钡/聚偏氟乙烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种高介电的硅氧烷接枝的钛酸锶钡/聚偏氟乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

多面体低聚倍半硅氧烷(polyhedral oligomeric silsesquioxane，POSS)是一类特殊的倍半硅氧烷，分子为(RSiO_1.5)_n，其结构通常由六面体笼形的Si-O-Si无机内核和顶点的8个有机取代基R组成，其中R可以是一个或多个有机官能团，是一种真正意义上的分子纳米杂化化合物。这种新型的杂化材料不仅具备高分子材料的韧性、成本低以及良好加工性，同时又具有无机材料的强度高、不易氧化、耐高温、力学性能好等多个优点。目前，利用POSS作为纳米构件制备新型有机-无机杂化材料已经成为研究的热点，引入POSS可提高材料的热稳定性，改善机械性能和其它物理性能。

作者唐威等人在《环氧基倍半硅氧烷的合成与表征》一文中，以乙烯基三氯硅烷经水解缩合，先制备八乙烯基多面体倍半硅氧烷，然后以过氧乙酸直接氧化乙烯官能团制得环氧基多面体倍半硅氧烷。采用此种方法制备得到的环氧基多面体倍半硅氧烷，平均每个多面体倍半硅氧烷只能带有3-4个环氧基，且环氧基的相对位置不固定，得到的是带有不同个数和不同位置环氧基的多面体倍半硅氧烷。而且此种方法得到的环氧基直接连载多面体倍半硅氧烷的骨架Si上，由于位阻较大，反应活性大大降低，影响其使用性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种目前钛酸锶钡在偏氟乙烯中分散性差的问题的高介电的硅氧烷接枝的钛酸锶钡/聚偏氟乙烯复合材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高介电的硅氧烷接枝的钛酸锶钡/聚偏氟乙烯复合材料，其特征在于，首先以乙烯基三氯硅烷水解缩合得到八乙烯基多面体倍半硅氧烷；八乙烯基多面体倍半硅氧烷的乙烯基与烯丙基缩水甘油醚的烯丙基催化聚合反应，得到环氧基多面体倍半硅氧烷；再在超声震荡和热联合作用下将所合成的环氧基多面体倍半硅氧烷接枝包覆BaTiO₃粉体；最后将聚偏氟乙烯和聚丙烯在流变仪中进行混炼，填充接枝后BaTiO₃粉体，硫化压片，得到高介电的硅氧烷接枝的钛酸锶钡/聚偏氟乙烯复合材料。

所述的高介电的硅氧烷接枝的钛酸锶钡/聚偏氟乙烯复合材料，其特征在于，其由如下步骤制备而成：

（1）将乙烯基三氯硅烷与丙酮按质量比为1：10-12的比例加入到反应容器中，机械搅拌使其混合均匀，以30-40滴/min的速率缓慢滴加相当于丙酮重量份35-45%的去离子水，40-45℃恒温冷凝回流60-72h，抽滤，丙酮洗涤3-4次，再采用四氢呋喃与甲醇体积比为1：2-3配置的混合溶液重结晶，60-65℃真空干燥20-24h，得到八乙烯基多面体倍半硅氧烷；

（2）将步骤（1）的产物、烯丙基缩水甘油醚和甲苯按质量比1：1.2-1.3：8-10加入反应容器中，通氮气30-40min排除氧气并混合搅拌均匀，加入催化剂2，2′-偶氮二异丁腈和助催化剂乙酰基丙酮酸铬，继续混合搅拌均匀，升温至60-70℃，恒温磁力搅拌冷凝回流12-15h，旋转蒸发浓缩，60-65℃真空干燥，得到环氧基多面体倍半硅氧烷；

（3）将BaTiO₃粉体加入到步骤（2）的产物、钛酸酯偶联剂NDZ101、钛酸丁酯和石油醚配置的溶液中，超声震荡30-40min，升高温度至50-60℃，恒温磁力搅拌5-6h，旋转蒸发除去石油醚，再在烘箱中干燥至恒重，得到环氧基多面体倍半硅氧烷接枝包覆的BaTiO₃粉体；其中BaTiO₃粉体、步骤（2）的产物、钛酸酯偶联剂NDZ101、钛酸丁酯和石油醚的质量比为1：0.4-0.5：0.3-0.4：0.6-0.8：8-10；

（4）将聚偏氟乙烯和聚丙烯以3-4：1的质量比加入到加入转矩流变仪中进行混炼至充分熔融，加入步骤（3）的产物和聚乙烯蜡，继续混炼10-15min，在平板硫化机上硫化压制成片，得到高介电的硅氧烷接枝的钛酸锶钡/聚偏氟乙烯复合材料。其中步骤（3）的产物：聚乙烯蜡：聚偏氟乙烯的质量比为1：0.5-0.6：14-16。

所述的高介电的硅氧烷接枝的钛酸锶钡/聚偏氟乙烯复合材料及其制备方法，其特征在于，所述的BaTiO₃粉体为预先研磨粉碎至平均粒径为80-100nm。