本发明专利技术涉及一种核壳结构的聚合物/黏土纳米复合材料及其制备方法。本发明专利技术所述的复合材料是以聚苯乙烯/有机蒙脱土为核层，以聚丙烯酸正丁酯为包覆壳层形成的核壳结构；外观色泽为白色；破乳前所形成的聚合物乳胶粒子呈球形，粒径为70～90nm，且经磷钨酸染色后可观察到乳胶粒子呈核壳结构；复合材料的核层是由按质量份计的以下组分通过种子乳液聚合方法制备得到：苯乙烯20～40份；丙烯酸0～2份；有机蒙脱土0～2份；复合材料的壳层是由按质量份计的以下组分通过种子乳液聚合方法制备得到：丙烯酸正丁酯20～40份；丙烯酸0～2份。本发明专利技术所述的核壳结构聚合物/黏土纳米复合材料改善和提高了材料热性能、加工性能、力学性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料
，具体涉及一种用以改善和提高材料热性能、加工性能、力学性能的以聚苯乙烯(PSt)/有机蒙脱土(OMMT)为核，聚丙烯酸正丁酯(PBA)为壳的纳米复合材料及其制备方法。
技术介绍
核/壳型纳米粒子是以一个尺寸在微米至纳米级的球形颗粒为核，在其表面包覆数层均匀纳米薄膜而形成的一种复合多相结构，核与壳之间通过物理或化学作用相互连接。广义的核壳(Core/shell)材料不仅包括由相同或不同物质组成的具有核壳结构的复合材料，还包括空球(Hollow sphere)、微胶囊(Microcapsule)等材料。核/壳型复合微球集无机、有机、纳米粒子诸多特异性质于一体，并可通过控制核/壳的厚度等实现复合性能的调控，因而具有诸多不同于单组分胶体粒子的性质。它在材料学、化学组装、药物输送、生物化学诊断等领域具有极大的潜在应用价值。近年来，设计、合成单分散、可控核壳型纳米复合粒子已成为众多杂化材料、纳米材料等领域研究的热点。国内外有关核壳结构聚合物/黏土纳米材料研究报道很少，仅为Wang等(Wang等，Mater lett, 2006,60(20):2544-2548)采用γ射线种子乳液聚合方法以聚丙烯酸丁酯(PBA)和有机蒙脱土 (OMMT)为核、聚苯乙烯(PS)为壳制备了 (PBA-layered silicate)/PS复合材料；陈军等(陈军等，高分子材料科学与工程，2011，27 (I):5-7)用自制的OMMT为核、PS为次外层、聚丙烯酰胺(PAM)为外层的新型聚(PS-AM)/OMMT核壳结构材料，通过熔融共混法制备了含3wt%核壳结构材料的改性尼龙6 (PA6)。研究表明，核壳结构材料改性PA6能明显提高体系的力学性能，与纯PA6相比拉伸强度提高了 11.22%，弯曲强度提高了1.46%，弹性模量提高了 204%。张志毅等(张志毅等，工程塑料应用，2005，33 (3):5-8)利用MMT独特的层状结构，采用乳液聚合法合成了以MMT为骨架，层间聚合微交联的丙烯酸丁酯，外边包裹聚甲基丙烯酸甲酯的层状结构改性剂，并对聚碳酸酯(PC)进行改性，使PC的冲击强度提高约45%，拉伸强度和弯曲强度基本不变。目前核壳结构聚合物/黏土复合体系研究不多，且主要用其对高分子材料力学性能、热性能等进行改性，而对其加工流变性能方面的研究甚少。从而限制和阻碍了其在高分子材料方面的应用。
技术实现思路
为了解决现有的核壳型聚合物/黏土复合材料不多，本专利技术的目的是拓宽和深化核壳型聚合物/黏土研究开发体系和核壳形成机理，提供一种可用作改善和提高材料热性能、加工性能、力学性能等的核壳结构聚合物/黏土纳米复合材料。本专利技术所述的核壳结构的聚合物/黏土纳米复合材料是以聚苯乙烯(PSt)/有机蒙脱土(OMMT)为核层，以聚丙烯酸正丁酯(PBA)为包覆壳层形成的核壳结构(PSt/OMMT)/PBA ;所述复合材料的外观色泽为白色；所述复合材料破乳前所形成的聚合物乳胶粒子呈球形，粒径为70?90nm，且经磷钨酸染色后可观察到乳胶粒子呈核壳结构；所述复合材料的核层是由按质量份计的以下组分通过种子乳液聚合方法制备得到:苯乙烯20?40份；丙烯酸O?2份；有机蒙脱土 O?2份；所述复合材料的壳层是由按质量份计的以下组分通过种子乳液聚合方法制备得到:丙烯酸正丁酯20?40份；丙烯酸O?2份。本专利技术的另一目的是提供一种制备上述核壳结构聚合物/黏土纳米复合材料的方法。本专利技术所述的制备核壳结构的聚合物/黏土纳米复合材料的方法，该方法的工艺步骤和条件如下:(I)将有机蒙脱土 O?2份、蒸馏水于40?50°C下充分搅拌30min?Ih ;(2)将苯乙烯20?40份、丙烯酸O?2份、复合乳化剂、助乳化剂和蒸馏水，50?60°C下充分搅拌混合制得核层单体预乳化液；(3)将丙烯酸正丁酯20?40份、丙烯酸O?2份、复合乳化剂、助乳化剂和蒸馏水，充分搅拌混合制得壳层单体预乳化液；(4)从步骤⑵所得到的核层单体预乳化液中取总质量的10?40%，另从核层引发剂中取总质量的15?25%，将两者搅拌混合，升温至70?75°C，待乳液出现蓝色荧光后，均速滴入剩余的核单体预乳液和剩余的核层引发剂，升温80°C下恒温反应2.5h?3h，用PH调节剂调节胶乳的pH值为8?9，制得核层种子乳液；(5)80°C下，在步骤(4)制得的核层种子乳液中加入全部壳层引发剂，然后均速滴加步骤(3)所得到的壳层单体预乳化液，滴加完后继续75?80°C保温I?1.5h，降至20?25°C，制得核壳结构为(PSt/OMMT)/PBA的纳米复合乳液；(6)在20?25°C下，将质量浓度5%?10%的电解质水溶液15?35份加入到步骤(5)所制备的核壳结构(PSt/OMMT)/PBA纳米复合乳液进行破乳，用水洗涤沉淀物以除去残留的单体和乳化剂，最后干燥即可得到所述的核壳结构的聚合物/黏土纳米复合材料。根据本专利技术所述的制备方法的进一步特征，所述的核层复合乳化剂质量为核单体质量的7?8%、壳层复合乳化剂质量为壳单体质量的5?6%，复合乳化剂是由阴离子型乳化剂与非离子型乳化剂按质量比2:1配制而成的；所述的助乳化剂总质量为单体总质量的3?8% ;所述的核层、壳层引发剂质量为其单体质量的0.5?0.6%，使用时配置成质量百分比浓度为I?2.5%的引发剂水溶液后滴加；所述的pH调节剂质量为单体总质量的0.01?0.02% ;所述的蒸馏水的总质量与单体的总质量比为1.5?2.5:1。根据本专利技术所述的制备方法的进一步特征，所述的搅拌方法为机械搅拌。根据本专利技术所述的制备方法的进一步特征，所述步骤(2)、(3)中核壳单体质量配比I?2:10根据本专利技术所述的制备方法的进一步特征，所述步骤(4)中，优选地，核层单体预乳化液加入总质量的15?25%。根据本专利技术所述的制备方法的进一步特征，所述的阴离子型乳化剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠；所述非离子型乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚或辛基酚聚氧乙烯醚；所述助乳化剂为正戊醇或正丁醇。根据本专利技术所述的制备方法的进一步特征，所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠中的任一种。根据本专利技术所述的制备方法的进一步特征，所述的pH调节剂为碳酸氢钠或磷酸氢二钠。根据本专利技术所述的制备方法的进一步特征，所述的电解质水溶液是用氯化钾或氯化钙配制而成。为了进一步拓宽和深化核壳型聚合物/黏土研究开发体系和核壳形成机理，本专利技术采用原位复合方法设计和首次制备出以(聚苯乙烯/有机蒙脱土)为核、聚丙烯酸正丁酯为壳的壳层可控的聚合物/黏土复合体系。该制备方法操作性强，技术成熟。本专利技术所使用的各种溶剂均对环境友好，无高毒性物质产生。本专利技术所述的核壳结构聚合物/黏土纳米复合材料具有以下有益效果:1.由于本专利技术通过原位乳液反应，将有机蒙脱土引入到聚合物中使其成为核壳结构聚合物/黏土纳米复合材料，为本领域提供了一种新的核壳结构聚合物/黏土纳米复合材料，拓宽了核壳型聚合物/黏土研究体系，深化了核壳形成机理。2.本专利技术在保持反应单体配比及反应温度、滴加速度不变的情况下，考察了种子用量对乳胶粒子的粒径大小及其对乳液固含量、转化率、吸水率、化学稳定性及机械稳定性的影响，为制备工艺对核壳结构复合体系性本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种核壳结构的聚合物/黏土纳米复合材料，其特征在于：所述复合材料是以聚苯乙烯(PSt)/有机蒙脱土(OMMT)为核层，以聚丙烯酸正丁酯(PBA)为包覆壳层形成的核壳结构(PSt/OMMT)/PBA；所述复合材料的外观色泽为白色；所述复合材料破乳前所形成的聚合物乳胶粒子呈球形，粒径为70～90nm，且经磷钨酸染色后可观察到乳胶粒子呈核壳结构；所述复合材料的核层是由按质量份计的以下组分通过种子乳液聚合方法制备得到：苯乙烯20～40份；丙烯酸0～2份；有机蒙脱土0～2份；所述复合材料的壳层是由按质量份计的以下组分通过种子乳液聚合方法制备得到：丙烯酸正丁酯20～40份；丙烯酸0～2份。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘玲，王秀丽，韦寿莲，刘永，严子军，
申请(专利权)人：肇庆学院，
类型：发明
国别省市：广东;44
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