[發明專利]一種有機?無機雜化高分子復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710183813.2
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN106977688A
• 公開（公告）日: 2017-07-25
• 發明（設計）人: 王執鍇;王思哲;陳志華
• 申請（專利權）人: 武漢鈮歐能源材料有限公司
• 主分類號: C08G18/75
• 分類號: C08G18/75;C08G18/61;C08G18/04;C08G18/38;C09D175/14;C09D7/12
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 鐘鋒,張秋燕

技術領域

本發明屬于高分子復合材料領域，具體涉及一種有機-無機雜化高分子復合材料及其制備方法。

背景技術

有機-無機雜化高分子材料是一種復合材料，通常在微觀上即在納米尺度或者在分子水平上，通過化學鍵鍵合而成。它和傳統的復合材料有重大意義上的區別。傳統的復合材料是在宏觀上即微米到毫米，甚至在更大尺度上將有機和無機相物理性地混合而成。傳統復合材料，甚至納米復合材料和雜化高分子復合材料的最大區別在于，雜化高分子復合材料所具有的有些新性質(性能)，在原始其各自組成的無機相和有機相都不具有。

最近20多年來，有機-無機雜化高分子復合材料越來越強烈地引起了化學家，材料科學家以及工業界的興趣。這些興趣首先源自于材料學家們企圖同時利用無機材料的優秀物理性能和有機材料加工簡單的兩種優勢的愿望。而且，兩種材料的化學鍵合，還可能產生一些新的，在原先無機和有機獨自組份中都不具有的性能。相比較于傳統的復合材料，甚至納米復合材料，有機-無機雜化高分子復合材料具有如下明顯優點：

1、無機(原子或分子)簇所具有的光學，電學，磁學或其他特別性質可以被引入有機高分子的機體內；2、一般無機態分子往往需要高溫處理才能進行加工制作，相反，雜化高分子復合材料可以象一般處理高分子/聚合物那樣在較低溫度甚至常溫下加工處理，甚至還可能像活性小分子或齊聚體那樣，進行交聯或聚合而形成更大分子；3、傳統的復合材料是異相多相的混合體，甚至納米復合材料，如果沒有能做到很好的納米無機顆粒的表面改性，也難避免異相光散射問題。與此極大的區別是，有機-無機雜化高分子材料是一種均相、透明物質，光散射現象可以完全避免。因此，極適于用作光學材料。

這種新型材料技術的創立與發展，為各種日新月異高科技應用發展所亟需的特種材料功能的開發，無論于理論設計，還是工業實踐，都提供了一個巨大的可能。它的巨大潛力和應用的廣泛性已經在再生新能源工業，化學催化工業，微電子工業，光電子工業，醫學生物業，功能涂料等等逐步得到驗證。要達到這些成就，無論是傳統的純無機材料技術的實踐，還是純有機材料技術的實踐都證明，不是經濟成本極高，就是幾乎不可能；甚至近年來熱議的納米復合材料技術，也是困難重重，難以實際地產業化與工業化。

根據有機(相)部分和無機(相)部分可能的相互作用，可將有機-無機雜化材料分為兩類：第一類為弱相互作用類，即范德華力(vander Waals)；氫鍵作用(hydrogen bonding)和弱電磁作用(weak electrostatic interactions)；傳統復合材料，甚至納米復合材料，多是物理混合而成，就多屬這一類。第二類為強相互作用類，即有機分子和無機分子以化學鍵相鍵合(covalent bonds)而形成雜化高分子復合材料，以及納米無機顆粒的表面被改性，并賦予化學活性，同樣通過化學鍵將無機顆粒和有機基體結合為一體，都屬于這一類。

第一類材料，傳統的基體-填料系統，也包括聚合物-納米填料系統，或叫納米復合材料系統，即，以聚合物為基體，以無機納米顆粒，納米纖維，納米片等為填料的復合材料系統。這些納米填料，例如納米黏土，納米二氧化硅(silica)等可以在很大程度上提高材料的物理和化學性能。納米相的極高比表面(specific surface area)產生的巨大無機和有機相間的相互作用甚至可能給復合材料帶來新的性能。遺憾的是，和傳統的復合材料一樣，這種納米復合材料仍舊是一種多相異相的非均勻系統。無機相和有機相之間的不匹配性，常常是材料異相分離，造成自我凝聚或自我絮凝，分層，結塊，最終失去功能而不能使用的主要原因。同時，不匹配性也常是造成不利于加工工藝的特殊材料流變行為的主要原因。在更特別的光學應用上，這種多相異相的非均勻材料常常造成光散射現象，使得材料渾濁，失去光學透明性，而完全不能使用。納米材料科學家和化學家們提出了許多有價值的方法，對納米顆粒(納米纖維，納米片等)作表面修飾改性，雖然在實驗室里取得不少進展，但在實際工業界的實施，仍舊是一個艱難而漫長的挑戰。

溶膠-凝膠技術是迄今為止的最好的，從分子水平上，設計和制備有機-無機雜化高分子復合材料的方法。該技術最大的優點是，它可以直接以分子作為前驅體，將無機部分和有機部分分別以分子，常常是高分子的方式，通過化學鍵的方式鍵合在一起制備而成。在第一類復合材料中常見的，因異相不匹配而分離，不穩定，光散射現象都能被完全克服。