[发明专利]一种纳米二氧化硅-PMMA-b-PS聚合物材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米二氧化硅‑PMMA‑b‑PS聚合物材料的其制备方法，制备的纳米二氧化硅‑PMMA‑b‑PS聚合物材料，可以对环氧树脂进行增韧，通过两亲的纳米复合嵌段聚合物自组装技术在环氧树脂基体中构筑有序纳米结构，形成纳米‑亚微米程度的微相分离，纳米粒子的有序存在能阻止裂纹扩展，从而明显提高树脂韧性，同时有序的纳米结构对树脂进行一定的补强，因此比一般现有树脂的韧性要强，能大幅提升树脂的性能。本方法能可控的合成不同粒径不同官能度的单分散纳米二氧化硅，通过活性自由基聚合技术，精确控制嵌段聚合物接枝的顺序、接枝量，从而得到分子量、接枝量、嵌段比可控的原位接枝纳米复合嵌段聚合物。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种纳米二氧化硅-PMMA-b-PS聚合物材料及其制备方法。

背景技术

碳纤维复合材料广泛应用于航天航空等高端产业，其用量甚至用来评价一个国家的航天航空的技术水平的高低。碳纤维复合材料主要原材料包括碳纤维和基体树脂。目前市场上人们普遍使用的树脂韧性不足，耐热性不够，树脂与纤维的相容性(界面作用力)随机，工艺性能不佳等，且高端树脂几乎全部依赖进口，在一定程度上限制了航天器材的发展。

提高环氧树脂的韧性的方法包括应用橡胶类弹性体、热塑性树脂、热致液晶聚合物、纳米材料等对环氧树脂等物理改性等多种方法。但目前国内对环氧树脂改性的研究仍然较少，面对航空航天领域对高性能材料的急迫需求，急需开发新型的适用于环氧树脂改性的材料，以提高环氧树脂材料的强度和韧性，得到高性能的环氧树脂。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种纳米SiO₂-PMMA-b-PS材料，通过溶胶-凝胶法制备粒径和形貌一致可控的纳米二氧化硅并进行表面改性，获得表面活性的纳米二氧化硅，通过活性自由基聚合技术，精确控制嵌段聚合物接枝的顺序、接枝量，从而得到分子量、接枝量、嵌段比可控的纳米SiO₂-PMMA-b-PS聚合物材料。

本发明提供的一种纳米二氧化硅-PMMA-b-PS聚合物材料，其结构式为式Ⅰ：

其中m＝3-18；n＝2-15。

本发明还提供上述纳米二氧化硅-PMMA-b-PS聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将氨水分散于无水乙醇或乙醇溶液中，得到混合溶液；再分多次加入硅烷溶液；得到的反应物经分离、洗涤、干燥得到纳米二氧化硅；

优选的，步骤S1中分2-4次加入硅烷溶液，控制滴加速度为10-60ml/min，每次滴加完成后，搅拌反应2-4h,再进行下一次的滴加；

S2、向得到的纳米二氧化硅中加入无水四氢呋喃或甲苯，同时加入含氯硅烷，控制反应温度为80-95℃，充分反应得到浆料，对浆料进行过滤，得到的固体进行洗涤以及干燥得到表面改性二氧化硅；

优选的，步骤S2中反应的时间为30-80min；

S3、于容器中加入步骤S2制得的表面改性二氧化硅、氯化亚铜、2,2'-联吡啶，将容器抽真空，充入惰性气体；加入2-溴丙酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯，密闭反应体系，加热至90-110℃，搅拌反应至反应物固化；然后冷却至室温；

S4、向所述步骤S3的固化后的反应物中加入聚甲基丙烯酸甲酯、氯化亚铜、2,2'-联吡啶，将容器抽真空，充入惰性气体，加入苯乙烯，密闭反应体系，搅拌至聚甲基丙烯酸甲酯全部溶解，升温至120-140℃，反应时间优选为22-30h；再加入氯化亚铜、2,2'-联吡啶，密闭反应体系，抽真空，充入惰性气体，搅拌至固体完全溶解后，控制温度100-130℃，反应时间优选为22-30h，得纳米二氧化硅-PMMA-PS聚合物材料。