[发明专利]等离子表面引发烯系单体聚合制备复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料的制备，特别是涉及一种等离子表面引发烯系单体聚合制备复合材料的方法。

背景技术

低温等离子体化学是20世纪60年代兴起的在物理学、化学、电子学、真空技术等学科交叉发展的基础上形成的一门新兴学科。等离子体作为物质存在的第四态早已被人们所认识，在此基础之上形成的等离子体技术也已经广泛应用到各个领域。所谓等离子体是指在特定条件下使气体部分电离而产生的非凝聚体系，是由中性原子或分子、激发态的原子或分子、自由基、电子或负离子、正离子及辐射光子组成，且整体上表现为近似电中性的电离气体。

等离子表面改性技术也随着等离子体技术的发展而发展起来，并且有比较广泛的应用。聚合物、无机非金属、金属材料经过等离子体表面处理后，反应活性都会有所提高，表现为阻燃、抗油污、亲水等性能的提高，关于等离子体处理后进行表面接枝的文献也有所报道，不过具体的应用也是局限于单一材料表面性能的改善，并且没有与反应加工过程结合起来。

复合材料的应用越来越受到广泛的关注，几种材料的复合往往优于单一材料的性能，二三十年以来，关于复合材料的研究一直是航天、制造行业的热点，但比较关键的问题是不同材料的相容性问题，如果不同材料之间的相容性能够得到很好的解决，复合材料的应用范围会更加扩大。

发明内容

本发明的目的是提供一种等离子表面引发烯系单体聚合而制备复合材料的方法。将金属、无机非金属固相粉末经过等离子体表面处理，然后与烯系单体结合，在表面活性物质的引发下，烯系单体快速的聚合为分子量很高的聚合物，并且在此过程中，金属、无机非金属固相粉末物质表面能接枝上烯系单体聚合物，得到预聚体系，然后在共混密炼过程中将整个体系混合均匀，制得复合材料，实现了原位反应与加工过程的结合。该方法不需要加入引发剂，直接在两相界面引发聚合，一部分单体被活性基团引发，另一部分在金属、无机非金属固相粉末表面发生接枝聚合得到预聚体系，然后在共混密炼过程中将整个体系混合均匀制得复合材料。该方法简便可靠，所得产物结构、性质稳定，可以进行工业化生产。

本发明提供的等离子表面引发烯系单体聚合而制备方法包括以下步骤完成：

1)将金属粉末或无机非金属颗粒置于等离子体发生装置中，接通电源，调整放电功率(10-30W)，在气体介质的流量为20-80毫升/分钟，放电时间为1-20分钟的条件下进行表面处理；

2)步骤1)得到的物质在大气条件下放置1-5分钟；

3)将步骤2)所得产物与烯系单体混合，在60-200℃的温度下，氩气保护，冷凝回流，反应15分钟到6小时；

4)密炼机中将步骤3)得到的预聚体系在190℃-220℃的条件下混炼10-15分钟，即得到复合材料。

所述的金属粉末或无机非金属颗粒与烯类单体的质量比为1-9∶1-9。

所述的金属粉末是铁粉、锑粉、金属氧化物；所述的无机非金属颗粒是碳酸钙、凹凸棒土、云母、碳纳米管等。

所述的烯系单体包括C₄-C₈单烯烃单体、C₄-C₁₄多烯烃单体或苯乙烯系单体或它们的混合。

所述的C₄-C₈单烯烃单体选自异丁烯、2-甲基丙烯、3-甲基丁烯、4-甲基戊烯、2-甲基戊烯、4-乙基丁烯、4-乙基戊烯、丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸乙酯或丙烯酸丁酯。

所述的C₄-C₁₄多烯烃单体选自异戊二烯、1，3-丁二烯，2，4-二甲基丁二烯、1，3-戊二烯、3-甲基戊二烯、2，4-己二烯、2-新戊基丁二烯、2-甲基己二烯、2，5-二甲基己二烯、2-甲基戊二烯、2-甲基庚二烯、环戊二烯、甲基环戊二烯、环己二烯或1-乙烯基环己二烯。

所述的苯乙烯系单体可选自苯乙烯、对-甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、对-氯苯乙烯或对-甲氧基苯乙烯。

所述的气体介质是氩气、二氧化碳、氮气、空气、水蒸气、氨气或甲烷。

本发明具有如下的突出特点：

1)等离子体处理过的固体粒料能快速的引发烯系单体的聚合，引发效率比用引发剂效果高，在一定的温度下反应很短的时间以后，整个体系粘度变得很大，同时在固体颗粒表面存在一定比率的接枝聚合物。

2)当烯系单体与无机非金属粉末、金属粉末反应时，引发效率很高，反应一定时间后，无机非金属粉末、金属粉末能均匀的分散到均聚物相内，经过SEM电镜测试，分散比较均匀，达到应用效果。