[发明专利]一种利用巯基-烯点击反应制备无机晶须/POSS杂化材料的方法

说明书

本发明提供一种利用巯基‑烯点击反应制备无机晶须/POSS杂化材料的方法。在紫外光照的条件下，利用乙烯基POSS中的双键(‑C＝C)，在无机晶须表面巯基(‑SH)的参与下，经由巯基‑烯点击反应，将传统微米级无机晶须与纳米级的POSS结合在一起，成功合成了一类新型的无机晶须/POSS多尺度杂化材料。通过调节POSS表面的八个有机官能团将更大程度的调控晶须的表面性能，改善晶须的表面极性，与现有传统的晶须表面改性方法相比，本发明能更好的解决晶须的团聚及在有机基体中的分散问题。步骤简单、操作方便、实用性强。

技术领域

本发明属于有机-无机杂化材料制备技术领域，具体涉及一种利用巯基-烯点击反应制备无机晶须/POSS杂化材料的方法。

背景技术

无机晶须是一种具有一定长径比的纤维状晶体，以单晶形式生长而成，具有优良的力学性能和化学稳定性，在工程塑料、涂料及隔热、绝缘材料等领域具有广泛的应用，被称为二十一世纪的补强材料。然而，无机晶须粒径较小，表面能较高，导致其在使用过程中容易出现团聚及搭桥现象。再加上无机晶须表面较强的亲水性能，使得晶须与聚合物基体的相容性较差，限制了晶须的推广应用。

为了提高无机晶须在高分子聚合物基体中的分散性和界面间的结合力，一般采用不同的表面活性剂或偶联剂对晶须进行表面改性。虽然表面改性后晶须与水的接触角均有不同程度的提高，但仍存在以下两个问题尚未解决：一是小尺寸、大比表面积的特点决定了晶须本身仍然容易发生团聚和搭桥现象，简单表面改性不能从根本上解决无机材料在有机基体中的均匀分散性问题；二是常规加工方法得到的晶须增强复合材料，在受到应力时，晶须容易从基体中拔出，并且其优异的物理、力学性能都集中在晶须的轴向，而在复合材料的横向无晶须加强作用，无机晶须与有机基体之间的界面相互作用未得到有效改善。

近年来，在有机无机杂化材料研究中，多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)作为增强材料的报道很多，例如：CN201310235935.3，采用交联剂对纤维素纳米晶须表面进行处理，形成环氧化纤维素纳米晶须，再将环氧化纤维素纳米晶须与耐热性优良的多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)反应，制备得纤维素纳米晶须有机无机耐热杂化材料。但是这种杂化材料的制备方法较为复杂且需要的反应时间较长。文献《基于巯基-烯点击化学法POSS杂化整体柱的制备研究》提出，POSS具有独特的纳米结构和化学性质，在硅胶杂化整体材料的制备中可理想的替代烷氧基硅烷，利用巯基-烯点击化学法成功制备了POSS杂化整体柱。但是目前利用巯基-烯点击方法将POSS引入到无机晶须表面的方法未见报道。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供一种利用巯基-烯点击反应制备无机晶须/POSS杂化材料的方法。基于巯基-烯点击反应的原理，将晶须表面巯基化，选择性的将带有不同乙烯基活性基团的POSS分子引入晶须表面，合成一类新型的无机晶须/POSS多尺度杂化材料。所制备的无机晶须/POSS杂化材料疏水性能提高、团聚现象明显减弱。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用巯基-烯点击反应制备无机晶须/POSS杂化材料的方法，包括：

将无机晶须进行表面巯基化；

将含乙烯基的POSS和表面巯基化的无机晶须在引发剂存在的条件下，在紫外光照下，发生巯基-烯点击反应，制得表面接枝乙烯基POSS的无机晶须。

现有研究表明：可通过POSS与无机晶须复配用以提高复合材料的耐热性，虽然POSS的加入可单方面提高复合材料的热稳定性，但由于简单的复配并没有改变无机晶须的表面极性，因此该方法并未从根本上克服无机晶须易团聚以及与聚合物基体相容性差的缺陷，从而大大限制了该杂化方法的应用、推广。为了克服上述问题，本申请提出通过巯基-烯点击反应在无机晶须上引入POSS，提高杂化材料性能的同时，丰富杂化材料的原料来源，以制备出更多功能各异的杂化材料。结果表明：将表面巯基化的无机晶须与含乙烯基的POSS在紫外光照下接枝后，制备的无机晶须/POSS杂化材料的团聚现象减弱，接触角明显增加。