[发明专利]无规剥离型聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脱土纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及高分子聚合物基纳米复合材料的制备方法，具体公开了一种无规剥离型聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脱土纳米复合材料及其制备方法，本发明先通过既带有亲水性官能团，又能与聚合物基体发生双键交联反应的改性剂对蒙脱土进行改性，再对改性的蒙脱土进行冷冻干燥，然后改性蒙脱土与单体聚合，从而制备出高度剥离型聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脱土纳米复合材料，本发明在解决了如何使蒙脱土片层无规剥离的同时，又解决了聚甲基丙烯酸甲酯热稳定性差的问题。

技术领域

本发明涉及高分子聚合物基纳米复合材料的制备方法，尤其是一种无规剥离型聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脱土纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)俗称有机玻璃，是聚丙烯酸酯类中最重要的一种材料。有机玻璃强度比较高，抗冲击的能力比普通玻璃高7-8倍。若是超过它所能承受的冲击强度，也只能断裂而不会碎成破片飞散，因此常用作防弹玻璃，也用作军用飞机上的座舱盖；PMMA的透光率较高，可见光透光率达92％，透紫外光性较好，普通玻璃只能透过0.6％的紫外线，但PMMA却能透过73％。PMMA的化学性质很稳定，能耐一般性的化学腐蚀，但是抗蚀力随着温度的上升而相应的减弱；由于其具有优良的物理性能及化学性能，并且易于加工，因而在工业生产、医疗器材、日常生活、建筑和室内装饰等方面的应用日益广泛。因而成为国民经济各部门中广泛应用的塑料产品之一。与此同时，PMMA表面硬度不够，耐磨性较差，尤其是制品的耐热性能差，在90℃以上便开始软化形变，这极大地限制了其应用范围。因此，如何改善PMMA的热性能以及力学性能始终是研究工作者的热点之一。

随着纳米技术的发展，将无机填充物以纳米尺寸分散在有机聚合物基体中，基于无机分散相的纳米尺寸效应、大比表面积以及强界面结合，使得纳米复合材料与同组成的常规复合材料相比具有更好的物理力学性能。日本Toyota研究小组率先采用插层聚合法合成了尼龙-6/蒙脱土纳米复合材料，发现蒙脱土以纳米级片层分散于尼龙-6当中形成纳米复合材料，使得性能大幅度提高。实现了有机无机材料的优势互补，也因此，蒙脱土以其独特的层间结构迅速被广泛应用于聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的研究中。从此聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料方向的研究在国内外的学术界以及工业界引起了广泛的关注。因此采用蒙脱土与PMMA进行复合是改善PMMA热稳定性行之有效的方法。

Tien-Li Wang等通过溶液聚合制备的聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脱土纳米复合材料，对其防腐性能进行研究，结果表明，纳米复合材料的防腐性能得到提高；Xiongwei Qu等通过本体聚合制备了聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脱土纳米复合材料，对拉伸模量等进行了研究，结果也得到了不同幅度的提高。尽管在这些大量的研究中都使得聚合物的性能获得了某些程度的改善或提高，但其综合性能的改善大都十分有限。迄今为止，仍然只有Toyota公司开发的尼龙/蒙脱土纳米复合材料以其优异的综合性能而实现了工业化。因为要想通过添加蒙脱土来实现通用聚合物的高性能化，所制备的聚合物/蒙脱土复合材料必须满足下面两个条件：一是如何使层状硅酸盐结构的蒙脱土以“无规剥离”的形式分散在聚合物基体中；二是蒙脱土片层与聚合物基体间有较强的作用力。但就目前绝大多数所报道的情况来看，所得到的“聚合物/蒙脱土纳米复合材料”多为插层结构或是有规剥离结构，如CalistorNyambo等通过对蒙脱土的改性提高聚甲基丙烯酸甲酯的阻燃性；Paul A.Wheeler等制备的聚甲基丙烯酸甲酯/锂皂石纳米复合材料，通过TEM观察结构都为插层结构。很多报道中所提到的“剥离结构”大多是“有规剥离”的结构，如M.Okamoto等人制备的聚甲基丙烯酸甲酯/粘土纳米复合材料，虽是剥离型但并没有形成高度无规剥离结构。同时存在蒙脱土在聚合物中发生团聚的现象。因此，如何制备高度、无规剥离结构的聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料是实现聚合物高性能化的关键和难点。这一瓶颈使得聚合物/蒙脱土纳米复合材料这一方向的研究在国内外都处于停滞状态。

发明内容