[發(fā)明專利]一種多金屬氧酸鹽-聚合物納米增強(qiáng)復(fù)合材料及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410481627.3
• 申請日: 2014-09-22
• 公開（公告）號: CN104292800A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王維;唐靜;李雪瑩;吳涵;任麗君
• 申請（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號: C08L71/08
• 分類號: C08L71/08
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種納米增強(qiáng)復(fù)合材料及其制備方法，特別是一種聚乙二醇修飾的多金屬氧酸鹽與聚乙二醇組成的納米復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

復(fù)合材料是將具有不同性能的兩種或者兩種以上的材料，通過物理或者化學(xué)方法，在宏觀和微觀上組成具有多重性能的優(yōu)異材料。納米復(fù)合材料則是其中最具吸引力的部分，主要由于體系的分散水平達(dá)到納米級，均勻分散，材料性能優(yōu)異。

多金屬氧酸鹽是由前過渡金屬原子通過氧配位橋連而成的一類具有確定結(jié)構(gòu)的陰離子單分子簇合物，其中以釩、鉬、鎢等元素為主要代表。多金屬氧酸鹽由于其具有良好的性能，在催化、光電、能源、材料、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域均顯示出誘人的應(yīng)用前景，因而備受關(guān)注。然而多金屬氧酸鹽作為一種無機(jī)鹽，受到其結(jié)構(gòu)和固有性質(zhì)的束縛，從材料的角度來講它是一種不易加工的材料，很大程度上限制了其在實(shí)際工業(yè)上的開發(fā)和應(yīng)用。因此，努力開發(fā)新的方法來制備以多金屬氧酸鹽為主體的材料是非常必要的。聚合物是當(dāng)代使用最為廣泛的有機(jī)合成材料，具有易加工、易改性、可溶解性、穩(wěn)定性好等眾多的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)可以彌補(bǔ)多金屬氧酸鹽在實(shí)際應(yīng)用中的不足。

多金屬氧酸鹽作為無機(jī)物與有機(jī)物聚合物在性質(zhì)上有很大的差異，因此有關(guān)多金屬氧酸鹽的復(fù)合材料的工作鮮有報道。一個研究組將Keggin型多金屬鹽酸鹽與瓊脂糖復(fù)合得到柔軟的光致敏感膜(Ying?Ma?et?al.,?Adv.?Mater.,?21,?1737(2009))，由于直接進(jìn)行復(fù)合，得到復(fù)合物若長時間存儲易發(fā)生宏觀相分離。在已經(jīng)公開的2013100959150號《聚乙二醇化多金屬氧酸鹽及其制備方法》的發(fā)明專利申請中，我們給出了一種采用共價鍵連接制備多金屬氧酸鹽-聚合物的制備方法。我們通過共價鍵的手段對多金屬氧酸鹽進(jìn)行有機(jī)修飾，改善多金屬鹽酸鹽與聚合物的相容性和穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)納米復(fù)合技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種簡單實(shí)用、成本低廉且易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的多金屬氧酸鹽-聚合物納米增強(qiáng)復(fù)合材料及制備方法。

本發(fā)明采用通過共價鍵相連的聚乙二醇化多金屬氧酸鹽雜化物作為分散相與分子量為5000的聚乙二醇作為連續(xù)相進(jìn)行納米共混，從而得到一種具有納米增強(qiáng)的復(fù)合材料。使用聚乙二醇化多金屬氧酸鹽提高了多金屬氧酸鹽與聚合物的相容性和穩(wěn)定性，在復(fù)合材料中添加極少量的多金屬鹽酸鹽時就能表現(xiàn)出優(yōu)異的功能性。

本發(fā)明首先提供了一種多金屬氧酸鹽-聚合物納米增強(qiáng)復(fù)合材料，所述納米增強(qiáng)復(fù)合材料由聚乙二醇化多金屬氧酸鹽與聚乙二醇共混而成，其中聚乙二醇化多金屬氧酸鹽摩爾含量為2～50%，其余組分為聚乙二醇。所述聚乙二醇化的多金屬氧酸鹽的分子量為10500?g/mol，聚乙二醇的分子量為?5000?g/mol。

所述的納米增強(qiáng)復(fù)合材料是由2維納米尺寸的片層結(jié)構(gòu)，聚乙二醇的結(jié)晶，聚乙二醇化多金屬氧酸鹽的結(jié)晶以及聚乙二醇化多金屬氧酸鹽和聚乙二醇共同結(jié)晶組成。

當(dāng)溫度在60?℃之上，復(fù)合材料的剪切儲能模量（G’）為2.7~5.5×10^5?Pa，隨著聚乙二醇化多金屬氧酸鹽的加入剪切儲能模量呈數(shù)量級的增加。

?

本發(fā)明同時提供了一種多金屬氧酸鹽-聚合物納米增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，步驟如下：

第1、前驅(qū)溶液的制備

按摩爾配比配置聚乙二醇化多金屬氧酸鹽和聚乙二醇的固體樣品，加入去離子水，所述的固體樣品與水的用量比為?0.01~0.05?g/mL，50~80?℃攪拌充分混合溶解1~4?h，然后在25?℃恒溫退火12~48?h，得到前驅(qū)溶液；所述的摩爾配比為聚乙二醇化多金屬氧酸鹽2~50份，聚乙二醇50~98份；

第2、納米增強(qiáng)復(fù)合材料的制備

將第1步制備的前驅(qū)溶液轉(zhuǎn)入聚對苯二甲酸乙二酯（PET）容器中，避光放置；在25?℃的恒溫干燥箱中，在真空度為0.01?MPa下干燥，干燥5~7?d后，將完全干燥后的樣品取出，迅速放置液氮中，樣品和容器分離。將樣品再次放入25?℃的恒溫干燥箱中，在真空度為0.1?MPa下干燥12~48?h，即可制得聚乙二醇化多金屬氧酸鹽和聚乙二醇的納米增強(qiáng)復(fù)合材料。

納米增強(qiáng)復(fù)合材料性能