[發明專利]無規剝離型聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土納米復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201911408885.8
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111040355A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 馮靜;王仁舒;雷以柱
• 申請（專利權）人: 六盤水師范學院
• 主分類號: C08L33/12
• 分類號: C08L33/12;C08K9/04;C08K3/34;C08F120/14
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 余曉雪;王敏鋒

本發明涉及高分子聚合物基納米復合材料的制備方法，具體公開了一種無規剝離型聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土納米復合材料及其制備方法，本發明先通過既帶有親水性官能團，又能與聚合物基體發生雙鍵交聯反應的改性劑對蒙脫土進行改性，再對改性的蒙脫土進行冷凍干燥，然后改性蒙脫土與單體聚合，從而制備出高度剝離型聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土納米復合材料，本發明在解決了如何使蒙脫土片層無規剝離的同時，又解決了聚甲基丙烯酸甲酯熱穩定性差的問題。

技術領域

本發明涉及高分子聚合物基納米復合材料的制備方法，尤其是一種無規剝離型聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土納米復合材料及其制備方法。

背景技術

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)俗稱有機玻璃，是聚丙烯酸酯類中最重要的一種材料。有機玻璃強度比較高，抗沖擊的能力比普通玻璃高7-8倍。若是超過它所能承受的沖擊強度，也只能斷裂而不會碎成破片飛散，因此常用作防彈玻璃，也用作軍用飛機上的座艙蓋；PMMA的透光率較高，可見光透光率達92％，透紫外光性較好，普通玻璃只能透過0.6％的紫外線，但PMMA卻能透過73％。PMMA的化學性質很穩定，能耐一般性的化學腐蝕，但是抗蝕力隨著溫度的上升而相應的減弱；由于其具有優良的物理性能及化學性能，并且易于加工，因而在工業生產、醫療器材、日常生活、建筑和室內裝飾等方面的應用日益廣泛。因而成為國民經濟各部門中廣泛應用的塑料產品之一。與此同時，PMMA表面硬度不夠，耐磨性較差，尤其是制品的耐熱性能差，在90℃以上便開始軟化形變，這極大地限制了其應用范圍。因此，如何改善PMMA的熱性能以及力學性能始終是研究工作者的熱點之一。

隨著納米技術的發展，將無機填充物以納米尺寸分散在有機聚合物基體中，基于無機分散相的納米尺寸效應、大比表面積以及強界面結合，使得納米復合材料與同組成的常規復合材料相比具有更好的物理力學性能。日本Toyota研究小組率先采用插層聚合法合成了尼龍-6/蒙脫土納米復合材料，發現蒙脫土以納米級片層分散于尼龍-6當中形成納米復合材料，使得性能大幅度提高。實現了有機無機材料的優勢互補，也因此，蒙脫土以其獨特的層間結構迅速被廣泛應用于聚合物/層狀硅酸鹽納米復合材料的研究中。從此聚合物/層狀硅酸鹽納米復合材料方向的研究在國內外的學術界以及工業界引起了廣泛的關注。因此采用蒙脫土與PMMA進行復合是改善PMMA熱穩定性行之有效的方法。

Tien-Li Wang等通過溶液聚合制備的聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土納米復合材料，對其防腐性能進行研究，結果表明，納米復合材料的防腐性能得到提高；Xiongwei Qu等通過本體聚合制備了聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土納米復合材料，對拉伸模量等進行了研究，結果也得到了不同幅度的提高。盡管在這些大量的研究中都使得聚合物的性能獲得了某些程度的改善或提高，但其綜合性能的改善大都十分有限。迄今為止，仍然只有Toyota公司開發的尼龍/蒙脫土納米復合材料以其優異的綜合性能而實現了工業化。因為要想通過添加蒙脫土來實現通用聚合物的高性能化，所制備的聚合物/蒙脫土復合材料必須滿足下面兩個條件：一是如何使層狀硅酸鹽結構的蒙脫土以“無規剝離”的形式分散在聚合物基體中；二是蒙脫土片層與聚合物基體間有較強的作用力。但就目前絕大多數所報道的情況來看，所得到的“聚合物/蒙脫土納米復合材料”多為插層結構或是有規剝離結構，如CalistorNyambo等通過對蒙脫土的改性提高聚甲基丙烯酸甲酯的阻燃性；Paul A.Wheeler等制備的聚甲基丙烯酸甲酯/鋰皂石納米復合材料，通過TEM觀察結構都為插層結構。很多報道中所提到的“剝離結構”大多是“有規剝離”的結構，如M.Okamoto等人制備的聚甲基丙烯酸甲酯/粘土納米復合材料，雖是剝離型但并沒有形成高度無規剝離結構。同時存在蒙脫土在聚合物中發生團聚的現象。因此，如何制備高度、無規剝離結構的聚合物/層狀硅酸鹽納米復合材料是實現聚合物高性能化的關鍵和難點。這一瓶頸使得聚合物/蒙脫土納米復合材料這一方向的研究在國內外都處于停滯狀態。

發明內容