[发明专利]聚甲基丙烯酸甲酯-乙烯基苄基二甲基十二烷基氯化铵-二氧化钛复合材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种聚甲基丙烯酸甲酯‑乙烯基苄基二甲基十二烷基氯化铵‑二氧化钛纳米制备方法，步骤1，以MMA和VDAC为共聚单体，加入引发剂，制备预乳化液，其中引发剂和水组成水相，VDAC、MMA作为油相；步骤2，以VDAC为分散剂，将纳米TiO₂预分散于水溶液中，以得到TiO₂纳米离子分散液，再加入VDAC和引发剂，形成乳液聚合体系，其中引发剂、纳米TiO₂和水组成水相，VDAC、MMA作为油相；步骤3，将乳液聚合体系升温至引发温度，并向乳液聚合体系中滴加预乳化液搅拌进行乳液聚合，得到P(MMA‑co‑VDAC)/TiO₂共聚物乳液。在共聚物乳液和共聚物微球粉末中，纳米二氧化钛均为纳米级分散，分散状态均匀且稳定，解决了聚甲基丙烯酸甲酯‑二氧化钛复合材料中纳米粒子的严重团聚问题。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，特别是涉及一种基于二氧化钛分散的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)基纳米复合材料P(MMA-co-VDAC)/TiO₂及其制备方法，特别是以PMMA为基体，通过阳离子单体乙烯基苄基二甲基十二烷基氯化铵(VDAC)与纳米二氧化钛(TiO₂)之间产生静电相互作用和空间位阻相互作用，促进二氧化钛的分散，制备PMMA基纳米复合材料。

背景技术

聚合物基纳米复合材料是指以聚合物为基体，分散相尺寸至少在一维方向上小于100nm 的复合材料。聚合物基纳米复合材料综合了聚合物与纳米材料的优点，实现了性能上的优化互补，有着广阔的研究与应用前景。然而，由于纳米粒子粒径小、比表面积大、表面能大、表面作用强，导致其易团聚，分散性差。目前已报道的纳米粒子表面改性方法，大多操作复杂，步骤繁琐，给聚合物基纳米复合材料的制备带来不便。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，以PMMA为基材，采用乳液聚合的方法制备PMMA基纳米复合材料，目的是用一种简单、高效、环保的方法将TiO₂纳米粒子分散于聚合物基体中，制备高分散纳米复合材料。本发明通过季铵化反应合成阳离子单体VDAC。该阳离子单体既能作为分散剂，实现纳米粒子在水相和聚合物相中的均匀分散，又能作为可聚合乳化剂，参与乳液聚合过程。一方面，阳离子单体通过静电相互作用和空间位阻相互作用分散和稳定纳米粒子，该分散过程在水中进行，操作简单，无需对纳米粒子进行复杂冗长的接枝改性即可实现纳米级别的分散效果；另一方面，阳离子单体作为可聚合乳化剂，可在聚合反应后期参与反应，避免了向体系中引入新的成分，乳液反应后无需破乳即可获得稳定的聚合微球乳液，是一种绿色环保的新型乳化剂。该方法可以用于制备高分散的P(MMA-co-VDAC)/TiO₂纳米复合材料。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

本发明的聚甲基丙烯酸甲酯-乙烯基苄基二甲基十二烷基氯化铵-二氧化钛复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，以MMA和VDAC为共聚单体，加入引发剂，制备预乳化液，其中引发剂和水组成水相，VDAC、MMA作为油相；

步骤2，以VDAC为分散剂，将纳米TiO₂预分散于水溶液中，以得到TiO₂纳米离子分散液，再加入MMA和引发剂，形成乳液聚合体系，其中引发剂、纳米TiO₂和水组成水相， VDAC、MMA作为油相；

步骤3，将乳液聚合体系升温至引发温度，并向乳液聚合体系中滴加预乳化液搅拌进行乳液聚合，得到P(MMA-co-VDAC)/TiO₂共聚物乳液；其中：

步骤1中水相与油相的质量比为(4-8)：1，优选为5:1，MMA单体的用量为油相质量的90.0-99.9wt％，优选为92-95wt％，VDAC的用量为油相质量的0.1-10.0wt％，优选为5-8wt％；其中引发剂的用量为两种单体质量和的0.1-1.0wt％，优选为0.2-0.5wt％。