[发明专利]一种表面聚合改性水滑石材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种表面聚合改性水滑石材料及其制备方法。本发明以水滑石为原料，直接利用水滑石表面羟基或通过硅烷偶联剂等小分子对其表面进行有机化，然后加入烯类单体进行表面接枝聚合，在水滑石表面形成一层聚合度较低的聚合物“膜”，实现对水滑石表面的改性，提高水滑石与聚合物的相容性，可用于提高水滑石在聚合物树脂中的分散性。将表面聚合改性水滑石以1wt％添加量加入PE，其分散性显著提高，且水滑石以单个粒子的形式分散于PE中。该改性方法适用于各种方法制备的水滑石，且得到的聚合改性水滑石可适用于多种聚合物树脂，有效提高应用性能。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料技术领域，具体而言，提供了一种表面聚合改性水滑石材料及其制备方法，该功能材料添加至聚乙烯等高聚物材料内起到改善水滑石在聚合物中分散性的作用。

背景技术

层状复合金属氢氧化物(Layered double hydroxides，简称LDHs)，又称水滑石。水滑石是一种层状结构的阴离子黏土，其制备简单、产品纯净、成本低廉及其本身的优异性能使其在新材料开发中具有巨大潜力。将其与聚合物复合制成的有机/无机纳米复合材料，既克服了无机粒子不易加工，以及有机聚合物强度较低、稳定性较差的缺点，又综合了有机物和无机物各自的优点，因而成为目前国内外研究的热点。

由于合成的水滑石粒度很小，表面具有活性基团-OH，且表面能大，使得其表面结构很不稳定，极易形成氢键产生软团聚,通过表面羟基或配位水分子缩合，产生硬团聚。另外，水滑石作为聚合物助剂，必须与聚合物有很好的相容性并在聚合物中很好的分散，但水滑石属于无机材料，与基质材料的界面性质不同，相容性差，因而在基质中不能均匀分散，直接或大量填充往往容易导致材料的某些力学性能下降。因此，若对其进行适当的表面改性，使其表面有机化，从而钝化表面，可有效防止硬团聚的产生，并能改善其表面的物理化学性能,增强其与基质的相容性，提高其在基质中的分散性，以达到提高材料的刚性、硬度、尺寸稳定性，并赋予材料某些特殊的物理化学性能的目的。

一般的表面改性方法是在其表面接枝小分子物质，其与聚合物的相容性仍相当较差，易发生团聚，不利于发挥水滑石在聚合物中的性能。也有的改性方法是直接进行原位聚合得到相应的LDHs/聚合物复合材料，但有些聚合反应进行困难甚至难以发生，应用领域受到限制。

发明内容

本发明提供了一种表面聚合改性水滑石材料及其制备方法。该方法的原理为：直接利用水滑石表面羟基与Ce⁴⁺的氧化还原反应产生自由基位点，进而与加入的烯类单体进行表面接枝聚合，得到表面聚合改性水滑石材料；或者通过硅烷偶联剂等小分子对水滑石表面进行有机化，引入不饱和双键和氨基，通过Ce⁴⁺与氨基的氧化还原反应产生自由基位点，进而与加入的烯类单体进行表面接枝聚合，并最终终止于水滑石表面引入的双键，从而在水滑石表面形成一层聚合度较低的聚合物“膜”，得到表面聚合改性水滑石材料。

本发明所述表面聚合改性水滑石材料，其特征在于，以水滑石为原料，直接利用水滑石表面羟基或通过硅烷偶联剂对水滑石表面进行有机化后，加入烯类单体和硝酸铈铵进行表面接枝聚合形成低聚合度的聚合物包覆层，得到所述表面聚合改性水滑石材料。