[发明专利]一种具备聚合物性能的无机纳米材料及其制作方法

说明书

本发明提供了一种具备聚合物性能的无机纳米材料及其制备方法。本发明通过溶胶‑凝胶法进行有机‑无机纳米杂化，得到了稳定的高有效含量的膏状流体无机纳米混合物。通过该方法制备的无机纳米材料，有效含量高达75～100％，具有三维纳米结构，表面仍留有活性基团，分子之间以共价键结合，具有聚合物的性质、尺寸可调控、反应易控制、适合工业化生产。该无机纳米材料只含少量溶剂或不含溶剂，可通过简单的熔融共混工艺对固态高分子聚合物进行改性，而经过这种材料改性的复合材料的抗压、抗拉、抗弯曲强度均有显著提高，同时提升了耐温、耐候、耐磨等性能，在超疏水材料、材料增强和改性、功能性涂层、新能源等领域具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于无机纳米材料的制备领域，具体涉及一种具备聚合物性能的无机纳米材料及其制作方法。

背景技术

无机聚合物一般是由非碳原子为骨架，以共价键结合的一类无机大分子物质，如石棉，云母等。无机聚合物材料具有耐高温、耐热、阻燃、力学性能好的特点，在建筑等领域有广泛的运用。使用无机纳米材料对有机聚合物材料进行改性可使有机聚合物具备部分无机材料的性能，然而使用传统的无机纳米材料对聚合物进行改性时存在分散性差、易团聚或应力缺陷等问题，例如使用纳米二氧化硅对天然橡胶改性时，由于二氧化硅表面多羟基和亲水性强的特点，使得二氧化硅不易进入橡胶基体，进入橡胶基体的二氧化硅易形成自聚集体；Michelin公司发明了干法混炼法解决了二氧化硅的表面修饰和分散性问题，但需要高温高压条件，成本较高；美国Cabot公司发明了乳液湿法混炼法，降低了成本，但超声或高速搅拌条件撤除后，二氧化硅易形成200-400nm的自聚集体，从而导致性能缺陷。因此，开发出相容性好、分散性好、具有聚合物性能的无机纳米材料具有重要的实用价值。

溶胶-凝胶法是一种在低温或温和条件下制备高分散性多组分材料的重要方法，与其它方法相比，具有原料的分散性好、均匀掺杂、反应条件温和的特点。由于溶胶颗粒在延长浓缩时间和高固含的情况下易发生交联，导致团聚和凝胶，有机硅烷水解形成的硅羟基活性很强，部分硅烷在不需要催化剂的情况下可脱水缩合，从而限制了其有效含量，目前常规的溶胶-凝胶法制备的有机-无机纳米杂化物的有效含量最高只能达到50％。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种具备聚合物性能的无机纳米材料及其制作方法。具体技术方案如下：

本发明提供的一种具备聚合物性能的无机纳米材料，其原料包括如下组分(按重量比计):

纳米硅溶胶：20～70％；

烷氧基硅烷：10～70％；

酸催化剂：0.01～5％；

阴离子改性剂：0.1～10％；

阻聚剂：0.05～0.2％；

水溶性溶剂：余量。

作为优选，所述纳米硅溶胶为酸性硅溶胶或碱性硅溶胶中的一种或两种的混合物，粒径大小为10～160nm。

作为优选，所述纳米硅溶胶的pH值为2～10。

作为优选，所述烷氧基硅烷为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、甲基乙烯基二乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、环氧丙氧丙基甲基二甲氧基硅烷、环氧丙氧丙基甲基二乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅、烷十二烷基甲基二甲氧基硅烷和十八烷基甲基二甲氧基硅烷中的一种或多种。

作为优选，所述酸催化剂为甲酸、乙酸、盐酸中的一种或多种；更优选为甲酸或乙酸。