[发明专利]一种有机-无机杂化核壳粒子及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种有机‑无机杂化核壳粒子及其制备方法与应用，该有机‑无机杂化核壳粒子以单分散SiO₂纳米粒子为壳层，超支化聚合物为核，该超支化聚合物通过AB₃和AB₂型单体缩聚反应合成。其制备方法包括如下步骤：1)通过Michael加成反应合成AB_x型单体，该AB_x型单体为AB₃和AB₂型单体的复合物；2)以SiO₂纳米粒子为稳定剂、AB_x型单体为液相、嵌段聚合物和多元胺为协同稳定剂制备Pickering乳液；3)通过Pickering乳液聚合技术以及液相与纳米粒子之间的界面自组装技术制备得到有机‑无机杂化核壳粒子。该有机‑无机杂化核壳粒子可用于增强增韧环氧树脂，使环氧树脂固化体韧性和强度得到显著提高，同时大幅改善树脂的拉伸性能、弹性模量以及玻璃化转变温度。

技术领域

本发明涉及一种核壳粒子及其制备方法和应用，具体涉及一种有机-无机杂化核壳粒子、其制备方法和应用。

背景技术

环氧树脂优点众多，如优异的工艺性能、力学性能和热稳定性等，但由于其固化体系交联密度高，固化过程中产生的内应力不易消除，导致固化体脆性大，韧性不足，限制了环氧树脂在众多领域特别是先进结构材料领域中的应用。因此，环氧树脂增韧改性吸引了众多研究者的关注。环氧树脂增韧方法很多，但大多数途径在实现增韧的同时往往使得其他性能特别是强度下降。纳米粒子与树脂基体之间两相界面多，结合力强，对树脂力学性能影响明显，有可能达到对环氧树脂同时增韧增强的目的。因此，在树脂基体中引入纳米粒子以增韧增强环氧树脂受到广泛关注。

核壳粒子(core-shell particle,CSP)是一种新型纳米复合材料，由核、壳两部分组成，其性质由核、壳两部分组成材料共同决定。核壳粒子与环氧树脂共混时，壳层中的活性官能团可以提高其与树脂基体之间的相容性，增强界面粘结力，并使弹性粒子充分地分散在树脂基体中，达到增韧的目的。但核壳纳米粒子改性环氧树脂的相关研究成果还有待进一步发展和完善，主要有以下2个方面：一方面，核壳粒子浓度较高时，使得环氧树脂粘度增加，影响其工作性，且核壳粒子在树脂基体中分散性不佳，容易团聚，导致性能下降，故现有的研究成果中核壳粒子的掺量较低，改性效果不突出；另一方面，现有改性效果较好的核壳纳米粒子，主要是将聚合物接枝到无机纳米粒子表面，企图利用无机纳米粒子的刚性和聚合物的活性协同改性环氧树脂，但牺牲了纳米材料独特的表面效应和小尺寸效应，结果导致韧性增加的同时，强度等力学性能增加不明显。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的在于提供一种有机-无机杂化核壳粒子；本发明的第二目的在于提供该有机-无机杂化核壳粒子的制备方法；本发明的第三目的在于提供该有机-无机杂化核壳粒子用作双酚A型环氧树脂增韧剂的应用。

技术方案：本发明所述的有机-无机杂化核壳粒子以超支化聚合物(简称“HBP”)为核，单分散SiO₂纳米粒子为壳层，即HBP-SiO₂有机-无机杂化核壳粒子，其中，超支化聚合物通过AB₃和AB₂型单体缩聚反应合成。

上述有机-无机杂化核壳粒子的直径为40～100nm；其中，作为壳层的SiO₂纳米粒子的直径优选为20～50nm。

本发明的有机-无机杂化核壳粒子的制备方法，包括如下步骤：

1)通过Michael加成反应合成AB_x型单体；其中，AB_x型单体为AB₃和AB₂型单体的复合物；

较优的，本步骤中，以丙烯酸甲酯和二乙烯三胺为原料，甲醇为溶剂，经Michael加成反应合成AB₃和AB₂型单体，其中，丙烯酸甲酯和二乙烯三胺的重量比为1:1～1.2；