[发明专利]一种天然纳米晶须油性聚合物乳液分散体系及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料领域。它涉及一种天然纳米晶须油性聚合物乳液分散体系及其制备方法，尤其是一种适用于制备高性能天然纳米晶须增强复合材料的天然纳米晶须油性聚合物乳液分散体系及其制备方法。

背景技术

天然纳米晶须是以天然纤维素或甲壳素为原料，通过水解过程制备的纳米晶须。这些晶须直径在十几至几十个纳米之间，具有完整的晶体结构，机械性能极高，是一种优异的绿色增强材料。但是由于其纳米尺寸效应的存在，这些晶须表面具有极强的活性，互相之间极易极易团聚。而一旦形成团聚，这些晶须便难以再次被分散。因而在完成水解后，制备的纳米晶须主要以水分散体系的形式存在，这也就极大地抑制了天然纳米晶须的应用范围。目前，天然纳米晶须作为增强材料主要被应用于亲水性聚合物材料的增强。也有一些研究将天然纳米晶须干燥后与聚合物混合，制备天然纳米晶须增强聚合物材料，但是由于无法实现天然纳米晶须在聚合物中的均匀分散，导致了天然纳米晶须增强聚合物材料的机械性能受到很大的影响。

因此寻求一种制备天然纳米晶须油性聚合物乳液分散体系的技术是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种天然纳米晶须油性聚合物乳液分散体系及其制备方法，尤其是一种适用于制备高性能天然纳米晶须增强复合材料的天然纳米晶须油性聚合物乳液分散体系及其制备方法。这种天然纳米晶须油性聚合物乳液分散体系的特点是亲水性的天然纳米晶须均匀分散于油性聚合物乳液中，以该分散体系制备的天然纳米晶须增强聚合物复合材料，其天然纳米晶须在聚合物复合材料内分布均匀、界面结合力高、结构缺陷少，具有优异机械性能和生物可降解性，应用前景广阔，发展潜力极大。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

一种天然纳米晶须油性聚合物乳液分散体系，其特征是它是由均匀分散于油相且平均粒径为30～200纳米的天然纳米晶须水性胶体颗粒(水相)和聚合物溶液(连续油相)构成的一种油包水型的天然纳米晶须聚合物乳液，这种天然纳米晶须油性聚合物乳液分散体系的质量百分比组分为：

a)0.5％～45％的天然纳米晶须水性胶体颗粒，其中亲水性天然纳米晶须在水性胶体中的质量百分比含量为5％～25％；

b)0.1％～20％的表面活性剂；

c)45％～99％的聚合物溶液，其中聚合物占其溶液的质量百分比含量为0.5～55％。

本发明所述的天然纳米晶须是由天然纤维素或甲壳素制备而成且直径为8～70纳米的天然纤维素晶体结构或天然甲壳素晶体结构。

本发明所述的表面活性剂为硫酸盐类钙盐或镁盐表面活性剂、磺酸盐类钙盐或镁盐表面活性剂、亲油性聚氧乙烯脂肪醇醚、亲油性聚氧乙烯烷基酚醚、单酯和双酯结构脂肪酸环氧乙烷加成物的混合物、一酯山梨糖醇酐脂肪酸酯、倍半山梨糖醇酐脂肪酸酯、三酯山梨糖醇酐脂肪酸酯、丙三醇酯、聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物、聚氧乙烯苯乙烯基苯基醚、羊毛脂、胆甾醇、磷脂中的一种或一种以上的混合物。

本发明所述的聚合物所选用的材料为聚酯、聚酰胺、聚烯烃及其衍生物、聚卤烯烃、聚氨基甲酸酯、聚乳酸及其共混聚合物、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚甲醛、聚苯醚、聚乙烯异烯酯中的一种。

本发明所述的聚合物溶液所选用的溶剂为所选用聚合物的相应溶剂如三氯乙酸、甲酸、二甲苯、环己酮、间甲酚、二甲基甲酰胺、甲苯、二甲亚砜、六氟异丙醇、三氯甲烷、乙酸丁酯中的一种或两种的混合物。

本发明的一种天然纳米晶须油性聚合物乳液分散体系，其制备方法步骤如下：

(1)将天然纳米晶须的水分散体系浓缩至天然纳米晶须质量含量为整个水分散体系的5～25％，获得天然纳米晶须水性胶体；

(2)将占溶液质量百分比含量为0.5～55％的聚合物溶入其相应的溶剂中，获得聚合物溶液；

(3)将步骤(1)制备的天然纳米晶须水性胶体和表面活性剂分别按一定比例加入到将步骤(2)制备的疏水性聚合物溶液中，使天然纳米晶须水性胶体颗粒在乳液分散体系中的质量百分比含量为0.5％～45％，表面活性剂在乳液分散体系中的质量百分比含量为0.1％～20％，聚合物溶液在乳液分散体系中的质量百分比含量为45％～99％，并进行乳化处理，获得由均匀分散于油相且平均粒径为30～200纳米的天然纳米晶须水性胶体颗粒(水相)和聚合物溶液(连续油相)构成的一种油包水型的天然纳米晶须油性聚合物乳液分散体系。

步骤(3)中所述的乳化处理采用的设备为高剪切乳化机、真空均质乳化机、捷流式分散混合机、微射流乳化设备中的一种。

本发明的有益效果是：