[發(fā)明專利]一種聚苯乙烯復(fù)合薄膜及其制備方法和應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2019-07-10
• 公開（公告）號: CN110282997A
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王新平;白露
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江理工大學
• 主分類號: C04B41/52
• 分類號: C04B41/52;B01D67/00;B01D69/12;C09D125/06;C09D125/08
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 薛紅凡

本發(fā)明提供了一種聚苯乙烯復(fù)合薄膜及其制備方法和應(yīng)用，屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供的聚苯乙烯復(fù)合薄膜，包括依次疊層設(shè)置于SiO₂基底單面的交聯(lián)改性層和聚苯乙烯層；所述交聯(lián)改性層的制備原料包括改性聚合物，所述改性聚合物具有式I所示結(jié)構(gòu)，式I中，x為50～5000，y為50～5000。本發(fā)明提供的聚苯乙烯復(fù)合薄膜中交聯(lián)改性層的存在，使得聚苯乙烯層中的聚苯乙烯的整體分子與交聯(lián)層的相互作用增大，其分子鏈運動能力降低，從而大大提高了聚苯乙烯復(fù)合薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；本發(fā)明提供的聚苯乙烯復(fù)合薄膜玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高且穩(wěn)定性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚苯乙烯復(fù)合薄膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

玻璃化轉(zhuǎn)變是聚合物一個非常重要的性質(zhì)，也是聚合物的一種普遍現(xiàn)象，在聚合物發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變時，模量、比容、線膨脹系數(shù)、折光率、溶劑在聚合物中的擴散系數(shù)、比熱容和動態(tài)力學損耗等物理性能都會隨著溫度的變化，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(塑料的使用上限溫度)區(qū)間發(fā)生突變。

隨著納米科學技術(shù)的快速發(fā)展，聚合物材料的尺寸越來越小。聚合物薄膜的分子鏈具有更強的運動性，這會使得聚合物薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低，當聚合物薄膜的厚度減小到納米尺度時，聚合物薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度會因為表面與界面效應(yīng)的影響發(fā)生偏離本體的現(xiàn)象，尤其是當薄膜厚度降低到30nm以下，聚合物薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下降20多度。如，二氧化硅基底支撐聚苯乙烯納米薄膜中，聚苯乙烯納米薄膜與二氧化硅基底相互作用弱，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨著薄膜厚度的降低而降低，使得聚苯乙烯納米薄膜的穩(wěn)定性和使用溫度降低，限制了其應(yīng)用的范圍。

目前，為了提高基底支撐聚苯乙烯薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，最常用的方法是直接將聚苯乙烯共價接枝在二氧化硅基底表面形成聚苯乙烯薄膜，或者是向聚苯乙烯薄膜中添加納米填料兩種方法。例如Wang等人通過控制二氧化硅基底表面修飾引發(fā)劑的密度，再進行原位聚合可得到高密度聚苯乙烯分子刷，這種高密度聚苯乙烯分子刷的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較一般聚苯乙烯納米薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度有所提高，10nm厚的高密度聚苯乙烯分子刷的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高于本體約20℃(參見Soft Matter 2017,13(13),2426-2436)，但是，該方法中聚苯乙烯納米薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高的程度較低，且操作較為復(fù)雜，限制了其應(yīng)用。Fakhraai等通過將二氧化硅納米顆粒添加到聚苯乙烯薄膜中，熱處理后，聚苯乙烯分子鏈會通過毛細作用和二氧化硅納米粒子均勻混合，所得聚苯乙烯復(fù)合薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較之本體有所提高，厚度為10nm左右的復(fù)合聚苯乙烯薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高于本體60℃(參見ACS Nano 2018,DOI:10.1021/acsnano.8b01341)；但是該方法操作較為復(fù)雜，且填料二氧化硅納米顆粒不易分散均勻，對制備工藝要求嚴苛，同時犧牲了聚苯乙烯薄膜的純度與均勻性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種聚苯乙烯復(fù)合薄膜及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的聚苯乙烯復(fù)合薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高、穩(wěn)定性好，本發(fā)明提供的制備方法操作簡單、適宜工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明提供了一種聚苯乙烯復(fù)合薄膜，包括依次疊層設(shè)置于SiO₂基底單面的交聯(lián)改性層和聚苯乙烯層；所述交聯(lián)改性層的制備原料包括改性聚合物，所述改性聚合物具有式I所示結(jié)構(gòu)：

式I中，x為50～5000，y為50～5000。

優(yōu)選的，所述改性聚合物的數(shù)均分子量為10000～150000。

優(yōu)選的，所述交聯(lián)改性層的厚度為1～100nm；所述聚苯乙烯層的厚度為1～200nm。

優(yōu)選的，所述改性聚合物的制備方法，包括以下步驟：將苯乙烯、取代苯乙烯單體、引發(fā)劑和第一溶劑混合，進行自由基共聚反應(yīng)，得到預(yù)聚物；

將所述預(yù)聚物、疊氮化物和第二溶劑混合，進行疊氮化改性反應(yīng)，得到改性聚合物。