[發明專利]一種有機無機復合材料性能提高的方法

有效

• 申請號: 202110205813.4
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN112981931B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 張菁;尚曉冉;田立軒;徐雨;王超梁;張宇;王天舒;楊寶敬
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D06M10/02
• 分類號: D06M10/02;C08J7/12;C08L27/18;C08K3/36;D06M101/32;D01F6/92;D01F1/10
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 宋旭;黃志達

本發明涉及一種有機無機復合材料性能提高的方法，將復合材料中微納米顆粒表面覆蓋的有機聚合物選擇性刻蝕去除，使負載在表面的無機微納米顆粒部分暴露于聚合物及纖維表面，并加深表面粗糙度，使無機微納米顆粒的功能性得以真正發揮。同時，由于等離子體滲透性的提高，纖維織物內部也能夠得到充分處理刻蝕，提高了微納米顆粒的暴露比例，進一步提高復合材料性能。纖維織物的高比表面積及內外充分暴露的無機微納米顆粒，可以充分賦予復合材料大幅提高的功能特性。本發明基于大規模工業化共混制備的無機有機復合材料及產品，共混制備及等離子體刻蝕過程環保高效，工藝過程成熟易于實施。

技術領域

本發明屬于復合材料的制備領域，特別涉及有機無機復合材料性能提高的方法。

背景技術

無機微納米顆粒如TiO₂、Si，SiO₂、MnO₂、ZnO、Al₂O₃、CaCO₃、Fe₂O₃,Fe₃O₄,BaSO₄,WO₃等具有各種催化、化學、光、力、熱、聲、電、磁等特殊功能特性，微納米顆粒組成單元尺寸小、比表面積大、表面活性高，將其與其他介質材料共混，少量添加就會對負載介質材料的性能造成顯著的影響。

聚對苯二甲酸乙二醇酯PET、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚四氟乙烯PVDF、聚酰亞胺PI、聚氨酯PU、再生纖維素、聚苯乙烯PS等高分子或者聚合物纖維聚集體、織物材料生產成本低廉、綜合性能優良，已經被廣泛應用于信息產業、生物醫學、紡織加工、機械設備、食品包裝、光學材料、交通、健康、環境、信息等廣闊的領域。將無機微納米顆粒與這些聚合物共混復合，可制備各類功能纖維或者織物。如TiO₂微納米顆粒共混入聚酯PET，控制TiO₂的比例并紡絲成型，可以獲得全消光聚酯PET、半消光聚酯PET等，也可以賦予其紫外屏蔽等特性。它利用了無機微納米顆粒的功能性、聚合物的易加工性，使不易成型的無機微納米顆粒通過共混加工，形成一維纖維、二維織物等復合材料，同時具有高比表面積、雙親、雙疏、高韌性、高強度、導電性、阻燃性、光催化、傳感、光學、過濾、分離或者磁性等附加特殊功能，同時，由于負載在纖維聚集體表面，能夠回收利用，擴大了聚合物復合材料的應用領域，是目前功能纖維和織物的常規工業制備方法。

無機微納米顆粒聚合物復合材料共混加工是一種物理過程，優勢在于其環保特性和簡便易行，依靠聚合物本體的粘結作用將微納米顆粒混合進入聚合物或者制品表層，不需要另外添加粘結劑等助劑。但共混方法的主要問題在于，共混過程中，無機微納米顆粒表面不可避免覆蓋不同厚度的有機聚合物層，而這將會大大降低無機納米顆粒功能性的發揮，因為微納米顆粒的一些功能必須依靠與外界反應物的直接接觸才能發揮出來，被聚合物覆蓋后，這些功能體現不出來。

溶膠凝膠法、化學氣相沉積法或者等離子體化學氣相沉積法，在纖維聚集物材料的表面通過化學反應，形成TiO₂、SiO₂等無機微納米顆粒，賦予纖維聚集體表面各種微納米形貌結構，以及親水、催化、殺菌、防臭、抗紫外和自清潔等功能。CN101575798A公開了等離子體處理納米溶膠凱夫拉纖維改性的方法，無機納米顆粒與含有機溶劑或大分子納米顆粒混合，經超聲波震蕩反應配成溶膠溶液，噴涂或者浸軋在凱夫拉纖維表面，一定溫度下烘干并收集有機溶劑，再通過等離子體處理，降低了凱夫拉纖維表面的水接觸角。但溶膠凝膠法存在一定溫度下有機溶劑的二次產生和收集問題，同時，對微納米直徑的纖維緊密聚集形成的織物，一般的等離子體由于德拜長度低，難以滲透進入聚集體內部，處理不充分。目前的專利文章關注到等離子體處理在織物表面纖維導入極性基團或者粗糙化以提高其親水性，未見如何提高等離子體在織物內部滲透性、從而大比例充分暴露無機微納米顆粒和提高復合材料功能性之間關系的報道。

發明內容