[发明专利]表面聚合改性水滑石材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种表面聚合改性水滑石材料的制备方法，包括以下步骤：将可溶性二价金属盐、可溶性三价金属盐和尿素溶于的去离子水中配成混合溶液，晶化后，洗涤至中性，干燥，得到水滑石前体；水滑石前体分散在环己烷中，得到悬浮液；在悬浮液中加入硅烷偶联剂，晶化后，洗涤、干燥，得到表面有机化的水滑石；在氮气保护下，将表面有机化的水滑石分散在乙醇与去离子水的混合溶液中，加入烯类单体，再加入聚乙烯吡咯烷酮以及偶氮二异丁腈，晶化后，洗涤、干燥，得到产物。本发明还公开一种表面聚合改性水滑石材料。本发明具有提高水滑石与聚合物基体的相容性，改善纳米粒子在聚合物基体中的分散性的优点。

技术领域

本发明属于无机功能材料技术领域，尤其涉及表面聚合改性水滑石材料及其制备方法。

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，是一类具有二维层状结构的阴离子型无机材料，其制备简单、产品纯净、成本低廉及本身的优异性能使其在新材料开发中具有巨大潜力。特别是可以作为高分子材料助剂，提高复合材料的抗氧化性、热稳定性、光稳定性、阻燃性能等。但是由于合成的水滑石表面具有活性基团-OH，且表面能大，极易产生团聚。另外，水滑石属于无机材料，与高分子材料的界面性质不同，相容性差，很难均匀分散，直接或大量填充往往容易导致材料的力学和其他性能下降。

因此，需要对水滑石表面进行适当的改性，使其有机化，而有效防止硬团聚的产生，同时改善其表面的物理化学性能，增强其与基质的相容性来提高其在基质中的分散性，最终达到提高材料的刚性、硬度、稳定性，并赋予材料新的特殊物理化学性能的目的。

传统的表面改性方法是在其表面接枝小分子物质，但经过改性后的水滑石与聚合物的相容性仍较差，易发生团聚，不利于发挥水滑石在聚合物中的性能。也有其他方法比如直接进行原位聚合得到相应的LDHs/聚合物复合材料，但是应用上受到不同高分子聚合难易的影响，应用上受到极大限制。

发明内容

本发明的目的是为了提高水滑石与聚合物基体的相容性，改善纳米粒子在聚合物基体中的分散性。本发明利用水滑石表面基团特性，提供了一种在水滑石纳米粒子表面接枝低聚合度的聚合物包覆层，制备表面改性水滑石的方法。得到的表面改性水滑石不仅能在有机溶剂中均匀稳定的分散，同时能应用于多种聚合物高分子材料中。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种表面聚合改性水滑石材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将可溶性二价金属盐、可溶性三价金属盐和尿素溶于的去离子水中配成混合溶液，晶化后，洗涤至中性，干燥，得到水滑石前体；

步骤二、水滑石前体分散在环己烷中，得到悬浮液；

步骤三、在悬浮液中加入硅烷偶联剂，晶化后，洗涤、干燥，得到表面有机化的水滑石；

步骤四、在氮气保护下，将表面有机化的水滑石分散在乙醇与去离子水的混合溶液中，加入烯类单体，再加入聚乙烯吡咯烷酮以及偶氮二异丁腈，晶化后，洗涤、干燥，得到产物。

优选地，所述步骤一中的可溶性二价金属盐中的金属离子为Mg²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、或Ca²⁺中的一种；所述步骤一中的可溶性三价金属盐中的金属离子为Al³⁺、Cr³⁺、Fe³⁺或Co³⁺中的一种。

优选地，所述可溶性三价金属离子的浓度为0.1～2.0mol/L；可溶性二价金属离子和可溶性三价金属离子摩尔比为(2～4):1，尿素和可溶性三价金属离子摩尔比为(1～10):1。

优选地，所述步骤一中的晶化的工艺为在80～150℃烘箱中晶化0～48h。