[发明专利]一种基于碳量子点的纳米粒子增容剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于聚合物共混物和碳纳米材料技术领域，具体涉及一种基于碳量子点的纳米粒子增容剂及其制备方法和应用。所述基于碳量子点的纳米粒子增容剂，其特征在于，所述纳米粒子增容剂为氨基碳量子点或聚丙烯分子链接改性的氨基碳量子点；其中，所述氨基碳量子点是以氨基硅油和柠檬酸为原料制备得到的；所述氨基硅油的相对分子质量为300‑4000。本发明首次将氨基碳量子点(NH₂‑CDs)或聚丙烯分子链改性的氨基碳量子点(PP‑g‑CDs)用于不相容聚合物共混物的制备。利用表面带有氨基长链的碳量子点(或改性碳量子点)能分别与共混物两组分形成相互作用这一特点，开发它们作为不相容共混物的相容剂使用，扩大了碳量子点在高分子材料加工领域的应用。

技术领域

本发明属于聚合物共混物和碳纳米材料技术领域，具体涉及一种基于碳量子点的纳米粒子增容剂及其制备方法和应用。

背景技术

聚合物共混是制备综合性能良好的材料的一种实用且高效的方法。但是，相互不相容的聚合物由于固有的低混合熵导致热力学的不相容，所以仅仅是通过聚合物共混所制备出的共混聚合物的机械性能并不好。因此，要想制备综合性能好的共混聚合物，最重要的是提高各共聚物组分间的相容性，这是保证共混聚合物微观相态和物理机械性能的关键问题。

目前，在实际生产中，添加少量增容剂来改善共混物组分间的相容性是高分子加工行业广泛采用的方法。传统的相容剂主要是各种共聚物(包括接枝、嵌段和星形)，其结构上通常含有与两组分或其中一组分相似的结构，因此在加工过程中，通过它们在界面处的聚集，降低两组分间的界面张力，提高组分间的界面相容性、抑制相分离，实现共混物的相容。

日本的Inoue课题组利用反应共混法原位形成的PE-MAH成功地提高了PA6/PE的相容性，提出原位形成的共聚物可以更好地与两相产生分子链相互作用，从而减小界面张力，提高增容效率。

Macosko课题组合成了PEGMMA三元共聚物，通过在共混过程中PEGMMA一端的环氧基团与PLA末端官能团的结合，对PLA/PP共混物起到良好的增容效果，提高了共混物的力学性能。

然而，由于共聚物固有的柔性，这种相容剂在强剪切的反应过程中容易从界面脱离而形成胶束，造成相容效率的降低，因而，采用共聚物型相容剂来制备共混聚合物，增强其在高剪切力作用下两相界面之间的稳定性，是提高共混聚合物性能的关键所在。

近年来，采用纳米粒子作为共混聚合物的相容剂的观点越来越受到关注。纳米粒子具有高比表面积，尺寸小的特点，在提高特定共混聚合物体系的界面相容性方面获得了良好的结果。氧化石墨烯，粘土，炭黑，碳纳米管，纳米二氧化硅和富勒烯，在共混过程中作为共聚物的相容剂，处于两相聚合物的界面处，在高剪切力的作用下展现出良好的阻隔效果和稳定性。

然而，纳米粒子相容剂的相容效果主要依赖于纳米粒子的形状，尺寸和表面改性，而不是通过分子链缠结来增强界面粘附，因此在分子尺度上增强共混聚合物的相容性，同时保持共混聚合物的力学性能是纳米粒子作为相容剂的关键难点。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供一种基于碳量子点的纳米粒子增容剂。所述纳米粒子增容剂不仅能够增强共混物的相容性，同时还能保持共混物的力学性能。

所述纳米粒子增容剂为氨基碳量子点(NH₂-CDs)或聚丙烯分子链改性的氨基碳量子点(PP-g-CDs)；其中，

所述氨基碳量子点是以氨基硅油和柠檬酸为原料制备得到的；

所述氨基硅油的相对分子质量为300-4000。

本发明通过调节氨基硅油的分子量制备得到表面具有不同分子链长的氨基碳量子点。将其用于共混物的增容中，通过氢键或分子链缠结作用，不但有效地抑制了相分离、提高了不相容共混物的相容性，而且可显著提升共混物的断裂强度。