[发明专利]一种有机无机复合材料性能提高的方法

说明书

本发明涉及一种有机无机复合材料性能提高的方法，将复合材料中微纳米颗粒表面覆盖的有机聚合物选择性刻蚀去除，使负载在表面的无机微纳米颗粒部分暴露于聚合物及纤维表面，并加深表面粗糙度，使无机微纳米颗粒的功能性得以真正发挥。同时，由于等离子体渗透性的提高，纤维织物内部也能够得到充分处理刻蚀，提高了微纳米颗粒的暴露比例，进一步提高复合材料性能。纤维织物的高比表面积及内外充分暴露的无机微纳米颗粒，可以充分赋予复合材料大幅提高的功能特性。本发明基于大规模工业化共混制备的无机有机复合材料及产品，共混制备及等离子体刻蚀过程环保高效，工艺过程成熟易于实施。

技术领域

本发明属于复合材料的制备领域，特别涉及有机无机复合材料性能提高的方法。

背景技术

无机微纳米颗粒如TiO₂、Si，SiO₂、MnO₂、ZnO、Al₂O₃、CaCO₃、Fe₂O₃,Fe₃O₄,BaSO₄,WO₃等具有各种催化、化学、光、力、热、声、电、磁等特殊功能特性，微纳米颗粒组成单元尺寸小、比表面积大、表面活性高，将其与其他介质材料共混，少量添加就会对负载介质材料的性能造成显著的影响。

聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚四氟乙烯PVDF、聚酰亚胺PI、聚氨酯PU、再生纤维素、聚苯乙烯PS等高分子或者聚合物纤维聚集体、织物材料生产成本低廉、综合性能优良，已经被广泛应用于信息产业、生物医学、纺织加工、机械设备、食品包装、光学材料、交通、健康、环境、信息等广阔的领域。将无机微纳米颗粒与这些聚合物共混复合，可制备各类功能纤维或者织物。如TiO₂微纳米颗粒共混入聚酯PET，控制TiO₂的比例并纺丝成型，可以获得全消光聚酯PET、半消光聚酯PET等，也可以赋予其紫外屏蔽等特性。它利用了无机微纳米颗粒的功能性、聚合物的易加工性，使不易成型的无机微纳米颗粒通过共混加工，形成一维纤维、二维织物等复合材料，同时具有高比表面积、双亲、双疏、高韧性、高强度、导电性、阻燃性、光催化、传感、光学、过滤、分离或者磁性等附加特殊功能，同时，由于负载在纤维聚集体表面，能够回收利用，扩大了聚合物复合材料的应用领域，是目前功能纤维和织物的常规工业制备方法。

无机微纳米颗粒聚合物复合材料共混加工是一种物理过程，优势在于其环保特性和简便易行，依靠聚合物本体的粘结作用将微纳米颗粒混合进入聚合物或者制品表层，不需要另外添加粘结剂等助剂。但共混方法的主要问题在于，共混过程中，无机微纳米颗粒表面不可避免覆盖不同厚度的有机聚合物层，而这将会大大降低无机纳米颗粒功能性的发挥，因为微纳米颗粒的一些功能必须依靠与外界反应物的直接接触才能发挥出来，被聚合物覆盖后，这些功能体现不出来。

溶胶凝胶法、化学气相沉积法或者等离子体化学气相沉积法，在纤维聚集物材料的表面通过化学反应，形成TiO₂、SiO₂等无机微纳米颗粒，赋予纤维聚集体表面各种微纳米形貌结构，以及亲水、催化、杀菌、防臭、抗紫外和自清洁等功能。CN101575798A公开了等离子体处理纳米溶胶凯夫拉纤维改性的方法，无机纳米颗粒与含有机溶剂或大分子纳米颗粒混合，经超声波震荡反应配成溶胶溶液，喷涂或者浸轧在凯夫拉纤维表面，一定温度下烘干并收集有机溶剂，再通过等离子体处理，降低了凯夫拉纤维表面的水接触角。但溶胶凝胶法存在一定温度下有机溶剂的二次产生和收集问题，同时，对微纳米直径的纤维紧密聚集形成的织物，一般的等离子体由于德拜长度低，难以渗透进入聚集体内部，处理不充分。目前的专利文章关注到等离子体处理在织物表面纤维导入极性基团或者粗糙化以提高其亲水性，未见如何提高等离子体在织物内部渗透性、从而大比例充分暴露无机微纳米颗粒和提高复合材料功能性之间关系的报道。

发明内容