[發明專利]一種凹凸棒土接枝聚苯乙烯雜化粒子及其制備方法

有效

• 申請號: 201210555915.X
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN103044640A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 龔方紅;楊海存;劉惠;倪慶婷;徐建平;陶國良
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C08F292/00
• 分類號: C08F292/00;C08K9/06;C08K9/04;C08K9/02;C08K3/34;C09C1/42;C09C3/12;C09C3/08;C09C3/10
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術領域

本發明涉及一種凹凸棒土接枝聚苯乙烯雜化粒子及其制備方法。

背景技術

凹凸棒粘土是以凹凸棒為主要成分的一種具有特殊纖維狀晶體形態結構的含水富鎂的鋁硅酸鹽礦。其是一種獨特的粘土礦物，凹凸棒土的理想分子式為(Mg，Al，Fe)₅Si₈O₂₀(HO)₂(OH₂)₄.4H₂O。為了改善凹凸棒土在聚合物基體中的有效分散情況，通常對其進行適當的改性處理。常用的改性方法主要分為物理改性和化學改性。物理改性主要通過范德華力、氫鍵力等分子間作用力將有機改性劑吸附在納米粒子表面，在表面形成包覆層，從而降低表面張力，減少納米粒子間的團聚，達到均勻穩定分散的目的，所以此法又稱為吸附包裹改性。化學改性是表面改性劑等與無機粒子表面的已有基團發生化學反應，改性劑等以化學鍵連接到粒子表面，以達到改性的目的。表面化學改性的主要途徑有表面活性劑活化法、表面接枝聚合法、以及等離子體與輻射引發聚合法。表面接枝聚合法主要利用凹凸棒土表面可反應基團，采用其硅烷偶聯劑對其改性引入可聚合雙鍵或可引發活性點，如：林煒等采用硅烷偶聯劑改性凹凸棒土后通過原位聚合法制備凹凸棒土-水性聚氨酯納米復合皮革涂飾劑(公開號：CN101565588，一種有機凹凸棒土-水性聚氨酯納米復合皮革涂飾劑及其制備方法)；王愛勤等采用部分中和的丙烯酸和凹凸棒土在引發劑存在下進行接枝共聚交聯制備了一種有機-無機復合保水劑(公開號：CN1438256，有機-無機復合保水劑及其制備方法)。

聚苯乙烯(PS)是一種開發較早的重要熱塑性塑料，具有較好的透明性，化學穩定性和耐候性。將PS分子鏈接枝到凹凸棒土單個棒晶表面，可獲得一種雜化材料的粒子，并有效改善凹凸棒土棒晶在聚合物中的團聚現象，實現納米級分散。

采用凹凸棒土作為無機相制備復合才倆可充分發揮兩者性能的優勢，同時具有降低成本，有效利用凹凸棒土天然納米材料的經濟效益。孫洪秀，莊偉等人采用原位懸浮聚合法制備了丙烯酸酯共聚物/凹凸棒土復合材料，采用無皂乳液法制備了聚甲基丙酸甲酯/改性凹凸棒土復合微球，并研究了復合材料的性能(丙烯酸酯共聚物/有機硅改性凹凸棒土復合材料的制備及性能研究，塑料工業，2011年第9期；無皂乳液法制備聚甲基丙烯酸甲酯/改性凹凸棒土微球及其性能研究，精細石油化工，2011年第5期)。

上述方法主要是根據“graft?though”原理采用原位聚合方法制備/聚合物凹凸棒土復合材料，原位聚合法采用一次成型技術避免了聚合物在擠出過程中的熱降解，且無機相的分散優于機械共混法，但由于共聚體系的微觀不均勻性和大分子鏈的位阻效應，聚合物以化學鍵接枝凹凸棒土反應發生概率不大，故接枝率不高，無法形成有效的雜化網絡結構，凹凸棒土在聚合中的分散差，易聚集，利用率不高，不能更好結合凹凸棒土和聚合物性能的優勢，復合材料的性能不高。

發明內容

為了克服“graft?though”原理的不足之處，本發明提供于一種雜化粒子：聚苯乙烯接枝到凹凸棒土的制備方法，該方法利用在凹凸棒土表面化學鍵合伯氨基，再與4-（二乙氨基）水楊醛形成穩定的希夫堿，在凹凸棒土表面引入芳叔胺基團，利用過氧化苯二甲酰-芳叔胺氧化還原引發體系，引發苯乙烯單體在凹凸棒土表面接枝聚合，通過化學鍵合將聚苯乙烯接枝到凹凸棒土上，可顯著提高凹凸棒土和聚合物相容性，充分發揮兩者的性能。

本發明凹凸棒土接枝聚苯乙烯雜化粒子，是在凹凸棒土上接枝有聚苯乙烯。

所述的雜化粒子的聚苯乙烯的接枝率為25.68%。

本發明的另一目的在于提供一種聚苯乙烯接枝凹凸棒土的制備方法。該制備方法采用溶液體系，接枝聚合速度快，反應平穩安全；操作簡單，易行。

本發明所述凹凸棒土接枝聚苯乙烯雜化粒子，按以下步驟制備：

(1)凹凸棒土酸活化：將納米級凹凸棒土以質量比1:10-1:20分散于氫離子濃度為1mol/L的酸中，24小時后過濾，用蒸餾水洗滌至中性，真空干燥，研磨過篩，即得酸活化凹凸棒土；

(2)將步驟(1)中酸活化凹凸棒土以質量比為1:20-1:50分散于有機溶劑，超聲分散30-60min，滴加伯氨基烷氧基硅烷，80-140℃反應6-10h；反應結束后過濾除去溶劑，用無水乙醇洗滌數次，真空干燥，研磨過篩，即得表面化學鍵合伯氨基的凹凸棒土；