[发明专利]一种具有多重核壳结构的复合粒子及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有多重核壳结构的复合粒子，以无机二氧化硅纳米粒子为内核，以有机丙烯酸酯类聚合物为中间层，以碳纳米管吸附层为外壳。本发明还公开了该复合粒子的制备工艺，先通过法合成纳米二氧化硅，再基于分散聚合法对其表面进行丙烯酸酯类聚合物层包覆，且使用可水解电离的引发剂，一步实现合成纳米二氧化硅表面聚合物包覆及电荷化改性，而后直接通过静电自组装进一步吸附碳纳米管。本发明提供了一种具有多重核壳结构的复合粒子及其制备方法，制备工艺绿色高效，无需复杂的功能化改性，制备得到的复合粒子综合性能优异。

技术领域

本发明涉及多功能纳米复合粒子技术领域，具体涉及一种具有多重核壳结构的复合粒子及其制备方法。

背景技术

随着科技的不断发展，纳米材料在新材料开发过程中发挥着越来越重要的作用。由于低密度(40～200kg/m³)、高比表面积(400～1500m²/g)和低热导率(0.02W/m/K)等优异的物化性能，纳米二氧化硅粒子一直以来在高效绝缘绝热材料、高强度材料和气体吸附材料等领域中被广泛应用。同样的，自从1991年日本科学家Iijima发现以来，碳纳米管作为一种新型一维功能材料也备受研究者们的关注。碳纳米管具有高的长径比和中空结构，优异的导电性能、极高的力学强度以及良好的柔韧可作为一种超级纤维，对复合材料起到增强作用。

但由于纳米材料的特殊结构特征使其在产业化应用中仍然受到较大的挑战：一方面纳米材料表面能高，且彼此之间常常存在较强的范德华力和π-π共轭作用，极易自身团聚；另一方面纳米材料在填充改性基体材料时，常存在相容性不佳，易析出呈无序状态的现象，复合材料综合性能劣化。

为了解决纳米材料在应用中存在的这些问题，提高纳米材料在聚合物基体中的分散性和相容性，很多研究通过设计合成无机/有机纳米复合粒子，尤其是核壳结构复合粒子。如公开号为CN 106517215 A的中国专利文献中就提到了将石墨烯均匀包覆在二氧化硅表面合成核壳结构材料，有效避免了二氧化硅和石墨烯的团聚，制备了具有结构规整、孔隙率高和密度低的优异性能材料。但往往核壳结构在成型加工过程中受到较强剪切力的作用容易被破坏，纳米粒子裸露重新团聚，极大地影响了复合材料的性能提升和长期稳定性。大量研究表明采用聚合物对纳米粒子表面包覆可以很好地解决上述难题。如公开号为CN102199259 A的中国专利文献中公开了一种具有核壳结构的纳米改性氯醚树脂及其制备方法，利用聚合包覆的方法对氯醚树脂进行纳米改性，最大程度地解决纳米粒子的团聚问题，实现纳米粒子在聚合物中良好的分散。

液相法是制备核壳结构聚合物包覆纳米粒子复合材料最常用的方法，但目前该方法往往因溶剂污染、过程繁琐和后处理复杂等问题限制了核壳结构复合粒子的发展与应用。同时随着人们对高性能材料的需求增加，相较于单一功能的核壳结构材料，多重核壳多功能材料的制备变得刻不容缓。在核壳结构纳米复合材料的设计合成中，壳材料并不仅仅充当防止核粒子团聚的“屏障”，更是具有自己独特的性能。为了实现多功能多重核壳结构的制备，一般需进行多步改性过程。如吴超等人对聚合物基体表面和石墨烯表面分别先进行官能团化，再进行多重核壳构筑。但这样往往容易带入杂质和破坏修饰层石墨烯结构，增加导电材料的界面电阻，影响最终性能，且合成效率低下。

因此，如何构筑多功能高度有序的无机/有机复合粒子，且以绿色高效能简单易工业化的方式实现，仍然是一个亟待解决的难题。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种具有多重核壳结构的复合粒子及其制备方法，制备工艺绿色高效，无需复杂的功能化改性，制备得到的复合粒子综合性能优异。

具体技术方案如下：

一种具有多重核壳结构的复合粒子，以无机二氧化硅纳米粒子为内核，以有机丙烯酸酯类聚合物为中间层，以碳纳米管吸附层为外壳。