[发明专利]聚苯乙烯包覆金属氧化物纳米粒子及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种聚苯乙烯包覆金属氧化物纳米粒子及其制备方法与应用。该制备方法包括以下步骤：将含有金属氧化物纳米粒子、苯乙烯单体、引发剂、表面活性剂及溶剂的分散液进行悬浮聚合，得到产物浆料；去除产物浆料中的溶剂，得到聚苯乙烯包覆氧化锌纳米粒子；其中，表面活性剂选自阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和两性离子表面活性剂的一种或者多种的组合。上述方法能够通过苯乙烯的原位悬浮聚合在金属氧化物纳米粒子表面包覆较为完整均匀的聚苯乙烯包覆层，形成一种聚苯乙烯包覆金属氧化物纳米粒子的核壳纳米材料。该法制备的聚苯乙烯包覆金属氧化物纳米粒子，团聚现象得以有效改善，且非常适合在橡胶绝缘材料中应用。

技术领域

本发明涉及纳米包覆技术领域，具体而言，涉及一种聚苯乙烯包覆金属氧化物纳米粒子及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，随着橡胶工业的快速发展，橡胶材料在电子、交通、能源、航空航天等高科技领域得到广泛应用。然而，传统的单一橡胶材料已无法完全满足现有的使用要求，采用无机纳米填料与橡胶共混，是提高橡胶材料电气性能的有效途径，也是实现橡胶材料功能化的重要手段。纳米粒子特有的表面界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应等，可以有效地改善材料中的电荷积聚和场强畸变现象，非常适合在橡胶绝缘材料中应用。但传统无机纳米粒子在复合材料中存在分布不均匀、大分子团聚和改性效果差等问题。

对此，可以通过使用有机物处理表面来克服无机纳米颗粒的低分散性，制备具有与橡胶材料相容性更高的复合纳米材料，从而达到改善无机纳米粒子在橡胶材料中分散性的目的。根据工艺原理不同，现有的无机纳米粒子表面改性技术可归类为以下四类：一是表面活性剂吸附法，利用范德华力将活性剂吸附在无机纳米粒子表面，以维持悬浮液体系的稳定性；二是表面直接聚合改性，一般采用吸附有机聚合物形成包膜；三是表面偶联剂改性，作为“桥接”作用连接有机物和无机纳米粒子；四是表面接枝聚合改性法，即在其表面接枝具有引发和桥接作用的基团，然后加入单体聚合包覆到纳米粒子表面，形成包覆层。

纳米包覆技术是一种新颖的表面改性技术，能够在保留纳米粒子物化性能的同时，也改善了分散性差和稳定性差的问题。目前不少科研工作致力于开发新型复合纳米材料，但使用以上几类传统纳米包覆技术包覆效果并不理想，对无机纳米粒子在绝缘材料中的分散性改善效果有限。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种聚苯乙烯包覆金属氧化物纳米粒子及其制备方法与应用，以解决现有技术中对无机纳米粒子表面包覆效果不佳的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种聚苯乙烯包覆金属氧化物纳米粒子的制备方法，其包括以下步骤：将含有金属氧化物纳米粒子、苯乙烯单体、引发剂、表面活性剂及溶剂的分散液进行悬浮聚合，得到产物浆料；去除产物浆料中的溶剂，得到聚苯乙烯包覆氧化锌纳米粒子；其中，表面活性剂选自阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和两性离子表面活性剂的一种或者多种的组合。

进一步地，表面活性剂选自聚乙烯醇、失水山梨醇酯月桂酸酯和壬基酚烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种的组合。

进一步地，引发剂选自偶氮类引发剂、过氧化物引发剂、氧化还原引发剂中的一种或多种的组合。

进一步地，引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈和偶氮二异丁酸二甲酯中的一种或多种的组合。

进一步地，分散液中金属氧化物纳米粒子的重量浓度为1～5wt％，表面活性剂的重量浓度为1～5wt％。

进一步地，分散液采用的溶剂为水。

进一步地，分散液中苯乙烯单体的重量浓度为20～30wt％，引发剂的加入量为苯乙烯单体重量的1～4wt％。

进一步地，金属纳米离子选自氧化锌纳米粒子、二氧化硅纳米粒子、二氧化钛纳米粒子或氧化镁纳米粒子。

进一步地，金属纳米离子的粒径为10～100nm。