[發(fā)明專利]一種制備表面富集無機(jī)填料的高分子納米復(fù)合膜的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310750872.5
• 申請(qǐng)日: 2013-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN103755984A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周琦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波工程學(xué)院
• 主分類號(hào): C08J5/18
• 分類號(hào): C08J5/18
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33226
• 代理人: 邱積權(quán)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種表面耐磨、耐酸堿、耐火、發(fā)光等材料的制備方法，尤其涉及一種制備表面富集無機(jī)填料的高分子納米復(fù)合膜的方法。

背景技術(shù)

材料表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能調(diào)控一直是高分子材料高性能化的研究熱點(diǎn)及難點(diǎn)。在高分子材料表面形成無機(jī)物層，可使材料表面呈現(xiàn)無機(jī)材料的特性，彌補(bǔ)高分子材料耐磨損性、耐腐蝕性以及耐熱性上的不足，此外，還可以賦予高分子材料表面某些特殊的性能，如光催化性和導(dǎo)電性等。專利US8012578公布了一種制備熱塑性高分子和金屬氧化物復(fù)合的方法。通過控制熱塑性高分子和金屬氧化物的沉積速率，獲得高分子表面富集氧化硅的納米復(fù)合膜。專利CN?100396825C公布了一種金屬基納米復(fù)合鍍層的制備方法。將制備好的納米碳管-納米碳化鎢復(fù)合粉體利用等離子體改性，使其分散于含鎳離子、銅離子或鈷離子的電鍍液中，在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，納米碳管-納米碳化鎢與鎳、銅離子或鈷離子同時(shí)移動(dòng)，在金屬材料表面沉積而形成金屬基納米碳管-納米碳化鎢復(fù)合鍍層。Fong等（Chemistry?of?Materials,?2001,?13,?4123-4129）采用氧等離子體處理聚己內(nèi)酰胺（PA6）/蒙脫土（MMT）納米復(fù)合材料的表面，等離子體產(chǎn)生的高能量刻蝕了表面的聚合物鏈段，最終在表面形成厚度為1-4?nm的惰性MMT層，使復(fù)合材料表面呈現(xiàn)顯著的鈍性和自愈合性。然而，處理前分散于PA6基體中的MMT片層取向不一，致使處理后的表面高低起伏不定，形成的MMT層厚度不均、取向多樣，最終形成的表面粗糙度高，且無法達(dá)到完全由致密無機(jī)填料層覆蓋的理想狀態(tài)。因此，阻隔性、耐摩損性以及潤(rùn)滑性等表面性質(zhì)均有一定的損失。

高分子加工中所用的添加劑，在加工時(shí)或在特定的環(huán)境氣氛下，會(huì)在材料表面發(fā)生富集，這就是表面離析現(xiàn)象（Segregation）。從熱力學(xué)的角度講，根據(jù)Gibbs等溫吸附式，在多元組分中，為降低表面自由能，低表面能的組分總是傾向于向表面遷移（Migration），最終導(dǎo)致材料表面出現(xiàn)離析現(xiàn)象。相轉(zhuǎn)化法的濕法成形過程是高聚物溶液在凝固浴中發(fā)生相分離的過程。首先，將聚合物溶于溶劑中，制備成膜母液。進(jìn)一步，令溶劑揮發(fā)，使母液體系發(fā)生相分離，得到高分子膜。然而，目前尚未發(fā)現(xiàn)在相轉(zhuǎn)化法濕法成膜工藝中，一步制備表面富集無機(jī)填料的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種制備表面富集無機(jī)填料的高分子納米復(fù)合膜的方法，本發(fā)明在相轉(zhuǎn)化法濕法成膜的基礎(chǔ)上施加靜電場(chǎng)，強(qiáng)化無機(jī)填料在材料成膜過程中的定向運(yùn)動(dòng)，在復(fù)合材料成型過程中，使部分無機(jī)填料均勻覆蓋在高分子基體表面，獲得表面高性能化的有機(jī)無機(jī)復(fù)合膜。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種制備表面富集無機(jī)填料的高分子納米復(fù)合膜的方法，具體制備步驟如下：（1）將能夠通過相轉(zhuǎn)化法濕法成膜的高分子和無機(jī)填料溶于溶劑中，制備母液；（2）將母液置于導(dǎo)電成膜平板上；（3）在導(dǎo)電成膜平板上施加垂直于導(dǎo)電成膜平板的靜電場(chǎng)，該靜電場(chǎng)促使母液相轉(zhuǎn)化，獲得表面富集無機(jī)填料的高分子納米復(fù)合膜。

所述的高分子為尼龍、聚苯乙烯或聚乙烯醇，其中高分子優(yōu)選為尼龍。

所述的溶劑為三氟乙醇、甲醇、四氫呋喃、無水乙醇或去離子水，其中溶劑優(yōu)選為三氟乙醇或甲酸。

所述的無機(jī)填料為聚倍半硅氧烷、粘土、二氧化硅、石墨烯、金屬氧化物或稀土熒光填料。

所述的靜電場(chǎng)通過直流電源施加形成，所述的直流電源的電壓為0V-10000V，其中優(yōu)選電壓為100V-1000V。

所述的母液中的高分子與溶劑的質(zhì)量比為0.001g/ml-10g/ml，優(yōu)選質(zhì)量比為0.01g/ml-1g/ml。?

所述的母液中的無機(jī)填料與高分子的質(zhì)量比為0.01%-50%，優(yōu)選質(zhì)量比為0.1%-20%，更優(yōu)選質(zhì)量比為1%-10%。

所述的金屬氧化物為Fe₃O₄或CuO。

所述的稀土熒光填料為NaYF₄或NaYbF₄。

導(dǎo)電成膜平板的上方設(shè)置有導(dǎo)電成膜上板，所述的導(dǎo)電成膜平板接地，所述的導(dǎo)電成膜上板接電源。

本發(fā)明的關(guān)鍵在于選擇合適的電場(chǎng)強(qiáng)度，解決無機(jī)填料遷移過程中的阻力，如高分子與無機(jī)填料的相互作用、高分子的結(jié)晶行為。

本發(fā)明的樣品結(jié)構(gòu)分析：采用掃描電鏡中能譜分析儀器分析樣品的表面特征元素分布如Si、Na元素等；采用靜態(tài)接觸角法測(cè)量復(fù)合膜材料表面親水性質(zhì)。采用熒光顯微鏡分析具有熒光特性的納米填料的分散特性。