一种二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料及其制备方法技术

技术编号:15500261 阅读:86 留言:0更新日期:2017-06-03 22:11
本发明专利技术属于有机/无机复合超疏水材料技术领域,特别涉及一种二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料,按重量百分比计,制成所述复合材料的原料至少包括:二氧化钛前驱体10%~50%;苯乙烯5%~25%;引发剂0.5%~3.5%;酰胺类溶剂25%~70%;改性剂 5%~15%;所述二氧化钛前驱体为四氯化钛或钛酸四丁酯,所述改性剂为γ‑甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷或含环氧基的硅烷偶联剂。相对于现有技术,本发明专利技术使用的材料便宜易得,从而使得整个反应过程成本低;本发明专利技术还具有单分散、粒径可控、表观接触角大的优点,该复合材料具有很好的化学稳定性、光学稳定性和疏水性,采用本发明专利技术制备的超疏水涂层可用于建筑物外墙涂料、工业涂料、船体防磨等领域。

Titanium dioxide / polystyrene core / shell particle composite material and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of organic / inorganic composite super hydrophobic materials, in particular to a TiO2 / polystyrene core-shell composite particles, according to the weight percentage, made of the composite materials of raw materials including at least: TiO2 precursor 10%~50% 5%~25%; styrene; initiator 0.5%~3.5%; amide solvent 25%~70%; modifier 5%~15%; the TiO2 precursor is four titanium chloride or four butyl titanate, silane coupling agent and the modifier for gamma methacryloxy propyl trimethoxy silane or containing epoxy groups. Compared with the prior art, the invention uses the material is cheap and easy to get, which makes the whole process cost is low; the invention also has the monodisperse and controllable particle size and the apparent advantages of the contact angle is bigger, the composite material has good chemical stability, good optical stability and hydrophobicity, the super hydrophobic coating prepared by the invention can be used for building exterior wall coatings, industrial coatings, hull wear etc..

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料及其制备方法
本专利技术属于有机/无机复合超疏水材料
,特别涉及一种二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料及其制备方法。
技术介绍
由于有机/无机复合材料兼具有有机物质和无机物质的综合优点,具有优异的力学、热学、电学和光学性能,因而它们在很多领域都受到广泛关注。将一个尺寸在微米至纳米级的球形颗粒表面包覆数层均匀纳米薄膜,制备出核壳式有机/无机复合材料,从而使高分子材料的复合从简单的有机-无机共混发展到亚微观的有机复合,这种崭新的“复合技术”已引起人们的广泛关注。通常意义上的核壳材料不仅包括由相同或不同的物质组成的核壳材料,其中还包括空球和微胶囊等复合材料。有机/无机复合粒子同时具备无机材料和有机材料的优点,这类材料不仅可以保持有机高分子的成膜性、透明性和柔软性等优良的特点,而且还具有无机材料的不燃性、耐擦伤性、耐溶剂性、高硬度等优良特点。核壳式无机/有机复合粒子作为抗冲击改性剂、增韧剂、涂料、粘合剂、高分子催化剂、色谱填充剂、光敏剂、磁性材料、光催化降解有机物等,广泛应用于生物、医学、化工、电子、军事等领域。最近几年,设计、合成单分散、粒径可控的核壳型纳米复合粒子成为了众多杂化材料和纳米材料等相关领域研究的重点。在工业、环境、生物等材料应用中,固体表面的润湿性是材料重要的性能,表观接触角大于150o的表面即超疏水表面受到广泛关注。有机/无机复合材料由于其优良的性能,在超疏水表面领域受到广泛应用。目前,国内外对于超疏水材料的制备方法已经有了很多报道,主要有以下几个方面:(1)Hou等人将亲水性二氧化钛加入到苯乙烯中,再将分散液滴加到玻璃表面。实验表明,随着烘干温度的增加,聚苯乙烯/二氧化钛复合材料的表观接触角也增大,通过控制干燥温度,这种涂料的润湿性能可以从超疏水向超亲水转变。(2)Yang等人通过活性自由基聚合制备聚苯乙烯功能化的碳纳米管,碳纳米管/聚苯乙烯复合膜是通过喷雾表面铸造法得到的。实验表面这种膜的表观接触角为160o,滚动角小于3o。(3)Yang等人采用溶胶凝胶法,用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷修饰正硅酸乙酯,制备了接枝了乙烯基的二氧化硅微球,之后通过原位聚合方法,在其表面引发苯乙烯聚合,从而得到了稳定的具有超疏水性能的聚苯乙烯膜,其为表观接触角达163o的超疏水表面。(4)Amigoni实验组采用层层自组装制备技术,通过采用分别由氨基和环氧基修饰的二氧化硅颗粒为原料,得到了具有超疏水性能的有机-无机纳米复合材料,实验结果表明材料的表观接触角达150±3o,且性能稳定。一般来说,低表面能并且具有微米或纳米结构的粗糙表面是制备得到超疏水材料的关键。通常具有低表面能用来制造超疏水表面的物质主要有碳氟化合物、硅酮、有机材料(聚乙烯、聚苯乙烯等)、以及无机材料(氧化锌、二氧化钛等)。制备超疏水材料的方法有很多,包括如下:层层胶质自组装、激光/等离子体/化学刻蚀法、溶胶-凝胶法等。然而,很多情况下所报道的这些方法要么采用昂贵的物质为原料,如碳纳米管,半氟或全氟物质;要么是需要很多繁琐的步骤,因此阻碍了超疏水表面的大规模应用。有鉴于此,有必要提供一种二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料及其制备方法,其使用的材料便宜易得,从而使得整个反应过程成本低;整个反应过程只有两步,操作简单,使得其在工业应用方面成为可能;制备得到的复合材料具有很好的化学稳定性、光学稳定性和超疏水性。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于:针对现有技术的不足,而提供一种二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料,其使用的材料便宜易得,从而使得整个反应过程成本低;该复合材料具有很好的化学稳定性、光学稳定性和疏水性。为了达到上述目的,本专利技术采用如下技术方案:一种二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料,所述复合材料包括核层和壳层,所述核层为二氧化钛,所述壳层为聚苯乙烯,按重量百分比计,制成所述复合材料的原料至少包括:二氧化钛前驱体10%~50%;苯乙烯5%~25%;引发剂0.5%~3.5%;酰胺类溶剂25%~70%;改性剂5%~15%;所述二氧化钛前驱体为四氯化钛或钛酸四丁酯,所述改性剂为γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷或含环氧基的硅烷偶联剂。作为本专利技术二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料的一种改进,按重量百分比计,制成所述复合材料的原料至少包括:二氧化钛前驱体25%~40%;苯乙烯10%~20%;引发剂1.5%~2.5%;酰胺类溶剂30%~55%;改性剂7.5%~10%。作为本专利技术二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料的一种改进,所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈和偶氮二异丁酸二甲酯中的至少一种。作为本专利技术二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料的一种改进,所述酰胺类溶剂为N,N’-二甲基甲酰胺、N,N’-二甲基丙烯酰胺和N-甲基乙酰胺中的至少一种;所述苯乙烯为采用减压蒸馏的方法除去水和阻聚剂的苯乙烯。作为本专利技术二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料的一种改进,所述原料还包括水和盐酸,所述二氧化钛前驱体、所述去离子水和所述盐酸的质量比为1:(0.1-0.3):(0.01-0.1)。作为本专利技术二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料的一种改进,所述含环氧基的硅烷偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和/或β-(3,4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷。相对于现有技术,本专利技术使用的材料便宜易得,从而使得整个反应过程成本低;本专利技术还具有单分散、粒径可控、表观接触角大的优点,该复合材料具有很好的化学稳定性、光学稳定性和疏水性,采用本专利技术制备的超疏水涂层可用于建筑物外墙涂料、工业涂料、船体防磨等领域。本专利技术的另一个目的在于提供一种本专利技术所述的二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料的制备方法,包括以下步骤:(1)改性二氧化钛溶胶的制备:将二氧化钛前驱体和改性剂加入到酰胺类溶剂中,酰胺类溶剂的用量为其总用量的30%-50%,室温搅拌反应2-10小时,然后加入去离子水和盐酸,其中,二氧化钛前驱体、去离子水和盐酸的质量比为1:(0.1-0.3):(0.01-0.1),加热到50-110℃并在该温度下搅拌3h-7h,用溶剂洗涤,干燥,得到改性的二氧化钛溶胶;(2)聚苯乙烯包覆的二氧化钛微球的制备:将步骤(1)得到的改性的二氧化钛溶胶溶于剩余的酰胺类溶剂中,超声10min-60min,超声完毕后加入采用减压蒸馏的方法除去水和阻聚剂的苯乙烯,常温搅拌10min-60min,之后将温度升至35-60℃,通入N2,滴加引发剂,滴加完毕后继续搅拌0.5-3h,然后升温至65-85℃,在N2氛围中反应2-7h,分离得到的悬浊液,再经洗涤、干燥得到二氧化钛/聚苯乙烯微球复合材料。本专利技术首先采用改性剂对二氧化钛进行改性,使得它与苯乙烯具有更好的相容性,从而使得反应更加容易进行。本专利技术采用原位聚合的方法制备得到了具有超疏水性能的粘附型二氧化钛/聚苯乙烯核/壳复合微粒,可用于无损微流体传输、微型反应器、生物化学分离以及原位检测等;采用二氧化钛和聚苯乙烯为原料,材料便宜易得,使得整个反应过程成本低;制备得到的复合材料具有很好的化学稳定性和光学稳定性。作为本专利技术二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料的制备方法的一种改进,步骤(1)所述本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料,所述复合材料包括核层和壳层,所述核层为二氧化钛,所述壳层为聚苯乙烯,其特征在于,按重量百分比计,制成所述复合材料的原料至少包括:二氧化钛前驱体                                    10%~50%;苯乙烯                                            5%~25%;引发剂                                            0.5%~3.5%;酰胺类溶剂                                        25%~70%;改性剂                                            5%~15%;所述二氧化钛前驱体为四氯化钛或钛酸四丁酯,所述改性剂为γ‑甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷或含环氧基的硅烷偶联剂。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料,所述复合材料包括核层和壳层,所述核层为二氧化钛,所述壳层为聚苯乙烯,其特征在于,按重量百分比计,制成所述复合材料的原料至少包括:二氧化钛前驱体10%~50%;苯乙烯5%~25%;引发剂0.5%~3.5%;酰胺类溶剂25%~70%;改性剂5%~15%;所述二氧化钛前驱体为四氯化钛或钛酸四丁酯,所述改性剂为γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷或含环氧基的硅烷偶联剂。2.根据权利要求1所述的二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料,其特征在于,按重量百分比计,制成所述复合材料的原料至少包括:二氧化钛前驱体25%~40%;苯乙烯10%~20%;引发剂1.5%~2.5%;酰胺类溶剂30%~55%;改性剂7.5%~10%。3.根据权利要求1或2所述的二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料,其特征在于:所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈和偶氮二异丁酸二甲酯中的至少一种;所述苯乙烯为采用减压蒸馏的方法除去水和阻聚剂的苯乙烯。4.根据权利要求1或2所述的二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料,其特征在于:所述酰胺类溶剂为N,N’-二甲基甲酰胺、N,N’-二甲基丙烯酰胺和N-甲基乙酰胺中的至少一种。5.根据权利要求1或2所述的二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料,其特征在于:所述原料还包括水和盐酸,所述二氧化钛前驱体、所述去离子水和所述盐酸的质量比为1:(0.1-0.3):(0.01-0.1)。6.根据权利要求1或2所述的二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料,其特征在于:所述含环氧基的硅烷偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和/或β-(3,4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷。7.一种权利要求1至6任一项所述的二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)改性二氧化钛溶胶的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈忠明
申请(专利权)人:东莞理工学院
类型:发明
国别省市:广东,44

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