一种含钽防辐射有机玻璃及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种含钽防辐射有机玻璃及制备方法。该方法包括：制备Ta2O5纳米线；对Ta2O5纳米线表面进行改性；Ta2O5纳米线表面接枝大分子引发剂；制备含钽防辐射有机玻璃。本发明专利技术选择Ta2O5为钽源，通过制备Ta2O5的纳米线增强其在基体中的分散性，并选用合适的方法在Ta2O5表面接枝功能聚合物，以此作为大分子引发剂，引发MMA本体聚合，制备的含钽防辐射有机玻璃对在较宽的能量范围内具有优异的防辐射性能，表现出较高的强度和韧性等良好的力学性能，具有更广阔的应用前景。

A tantalum-containing radiation-proof plexiglass and its preparation method

The invention relates to a tantalum-containing radiation-proof plexiglass and a preparation method thereof. The method includes: preparing Ta2O5 nanowires; modifying the surface of Ta2O5 nanowires; grafting macromolecular initiator on the surface of Ta2O5 nanowires; and preparing tantalum-containing radiation-proof plexiglass. Ta2O5 is chosen as tantalum source, Ta2O5 nanowires are prepared to enhance its dispersion in the matrix, and functional polymers are grafted on Ta2O5 surface by appropriate methods. As a macromolecular initiator, MMA bulk polymerization is initiated. The prepared tantalum-containing radiation-proof PMMA has excellent radiation-proof performance in a wide energy range, showing high strength and toughness. Such good mechanical properties have a broader application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种含钽防辐射有机玻璃及制备方法
本专利技术涉及防辐射有机玻璃制备
，特别是涉及一种含钽防辐射有机玻璃及制备方法。
技术介绍
随着国防科技的发展，对航空透明件提出了更苛刻的要求，除应满足结构强度，光学性能等要求外，还应具备防辐射、电磁屏蔽等特殊功能，以满足特种环境下的作战需求。防辐射有机玻璃与普通有机玻璃的差别在于加入了一些可以吸收中子和伽马射线产生的辐射能的特殊重金属元素，如铅、钆、钐等。目前的研究结果表明，含铅有机玻璃防辐射性能最佳，因而应用最为广泛。铅具有高毒性，且含铅防辐射有机玻璃存在不耐高温和硬度低等缺点，为了避免含铅有机玻璃带来的铅污染和获得性能更加优异的防辐射有机玻璃，各国都致力于开发出具有更优异综合性能的防辐射有机玻璃。基于此目的，本专利技术首次提出将钽加入到有机玻璃中，制备一种含钽防辐射有机玻璃。与铅元素相比，钽元素的热中子吸收截面大，俘获伽马辐射能量低，从理论上分析能够获得更佳的防辐射性能。此外，钽或钽氧化物熔点高，耐化学腐蚀性强，热膨胀系数极小，具有高韧性，在有机玻璃中加入钽或钽的氧化物，有望得到力学性能优异的防辐射玻璃。因此，专利技术人提供了一种含钽防辐射有机玻璃及制备方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题是提供一种含钽防辐射有机玻璃及制备方法，以获得性能优异的防辐射有机玻璃。第一方面，本专利技术的实施例提出了一种含钽防辐射有机玻璃制备方法，该制备方法包括：制备Ta2O5纳米线，将Ta2O5粉末颗粒充分溶解在氢氟酸溶液中，再加入氨水调节溶剂到预定的碱性pH值，得到Ta(OH)5的白色沉淀物，将该沉淀物洗涤后再溶解在双氧水和氨水的混合溶液中，得到Ta2O5的反应前驱体并转移到高压反应釜中进行反应，将所得的Ta2O5纳米线沉淀物洗涤后冷冻干燥，获得Ta2O5纳米线粉末；对Ta2O5纳米线表面进行改性，将Ta2O5纳米线粉末超声分散在无水乙醇和去离子水的混合溶液中，然后将硅烷偶联剂KH570加入到上述分散液中对Ta2O5纳米线表面进行改性，将得到的产物洗涤后冷冻干燥，获得经KH570改性后的Ta2O5纳米线；Ta2O5纳米线表面接枝大分子引发剂，在反应容器中加入经KH570改性后的Ta2O5纳米线和大分子聚合物的单体，超声分散后再加入分子量调节试剂和引发剂，通氮气除掉体系中的氧气，然后搅拌反应至一部分单体转化时停止反应，使Ta2O5表面成功接枝大分子引发剂；制备含钽防辐射有机玻璃，在上述反应后的球形瓶中注入MMA单体，继续预聚合至溶液呈甘油状的粘稠液时，将预聚物倒入模具中，放入烘箱进行多次梯度升温聚合，最终得到含钽防辐射有机玻璃。进一步地，所述制备Ta2O5纳米线的方法包括，将Ta2O5粉末与氢氟酸溶液放到90-110℃的油浴锅中搅拌至Ta2O5粉末充分溶解，待溶解后，自然冷却至室温，加入氨水调节溶剂的pH值到9.0左右，得到Ta(OH)5的白色沉淀物。进一步地，将Ta(OH)5的白色沉淀物溶解在体积比为5:1的双氧水和氨水的混合溶液中，得到Ta2O5反应前驱体，将前驱体在60-90℃下加热促进双氧水分散，然后将溶液转移到高压反应釜中，在160-240℃下反应24h，反应结束后，待高压釜降至室温，将所得Ta2O5纳米线沉淀物用去离子水和乙醇反复洗涤离心，最后，将所得的产物冷冻干燥，得到Ta2O5纳米线粉末。进一步地，所述对Ta2O5纳米线表面进行改性的方法包括，将Ta2O5纳米线粉末超声分散在体积比为18:1的无水乙醇和去离子水的混合溶液中，然后将KH570加入到上述分散液中，在50℃下搅拌反应12h，将得到的产物用乙醇反复洗涤离心。进一步地，所述Ta2O5纳米线表面接枝大分子引发剂的方法包括，所述大分子聚合物的单体为丙烯酸、丙烯酸酯类、苯乙烯或马来酸酐。进一步地，所述大分子聚合物的单体采用MMA，超声分散后再加入分子量调节试剂DPE和引发剂AIBN，通氮气除掉体系中的氧气，在80℃油浴锅中搅拌反应至单体转化率为10-20％时停止反应。进一步地，所述制备含钽防辐射有机玻璃的方法包括，注入MMA单体，继续放到80℃油浴锅中预聚合至溶液呈甘油状的粘稠液时，将预聚物倒入模具中，放入烘箱。进一步地，在放入烘箱后，需依次在45℃保温12h，80℃保温2h，100℃保温2h，120℃保温2h进行梯度升温聚合。第二方面，提供了一种采用第一方面制备方法制得的含钽防辐射有机玻璃。进一步地，所述含钽防辐射有机玻璃中钽的质量百分数含量为0.5％～20％。综上，本专利技术选择Ta2O5为钽源，通过制备Ta2O5的纳米线增强其在基体中的分散性，并选用合适的方法在Ta2O5表面接枝功能聚合物，以此作为大分子引发剂，引发MMA本体聚合，本专利技术制备的含钽防辐射有机玻璃对在较宽的能量范围内具有优异的防辐射性能，表现出较高的强度和韧性等良好的力学性能，耐热性能有所改善，避免了重金属元素污染，满足环境友好性的要求，具有更广阔的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例的含钽防辐射有机玻璃制备方法流程示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本专利技术的原理，但不能用来限制本专利技术的范围，即本专利技术不限于所描述的实施例，在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了任何等同修改、替换和改进。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。第一方面，本专利技术提供了一种含钽防辐射有机玻璃制备方法，参见图1，该方法至少包括以下步骤S110～步骤S140：步骤S110为制备Ta2O5纳米线，将Ta2O5粉末颗粒充分溶解在氢氟酸溶液中，再加入氨水调节溶剂到预定的碱性pH值，得到Ta(OH)5的白色沉淀物后，将该沉淀物洗涤后，再溶解在双氧水和氨水的混合溶液中，得到Ta2O5的反应前驱体后转移到高压反应釜中进行反应，将所得的Ta2O5纳米线沉淀物洗涤后冷冻干燥，获得Ta2O5纳米线粉末。Ta2O5的纳米结构更容易在基体中分散，此外，由于小尺寸效应，性能更加优异。步骤S120为对Ta2O5纳米线表面进行改性，将Ta2O5纳米线粉末超声分散在无水乙醇和去离子水的混合溶液中，然后将硅烷偶联剂KH570加入到上述分散液中对Ta2O5纳米线表面进行改性，将得到的产物洗涤后冷冻干燥，获得经KH570改性后的Ta2O5纳米线。一是可以提高Ta2O5在聚合物单体中的分散性，二是在Ta2O5表面引入双键，为下一步Ta2O5表面接枝大分子引发剂提供可行性。步骤S130为Ta2O5纳米线表面接枝大分子引发剂，在球形瓶的反应容器中加入经KH570改性后的Ta2O5纳米线和大分子聚合物的单体，超声分散后再加入分子量调解试剂和引发剂，通氮气除掉体系中的氧气，然后在油浴锅中搅拌反应至一部分单体转化时停止反应，使Ta2O5表面成功接枝大分子引发剂。步骤S140为制备含钽防辐射有机玻璃，在上述反应后的球形瓶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含钽防辐射有机玻璃制备方法，其特征在于，包括：制备Ta2O5纳米线，将Ta2O5粉末颗粒充分溶解在氢氟酸溶液中，再加入氨水调节溶剂到预定的碱性pH值，得到Ta(OH)5的白色沉淀物，将该沉淀物洗涤后再溶解在双氧水和氨水的混合溶液中，得到Ta2O5的反应前驱体并转移到高压反应釜中进行反应，将所得的Ta2O5纳米线沉淀物洗涤后冷冻干燥，获得Ta2O5纳米线粉末；对Ta2O5纳米线表面进行改性，将Ta2O5纳米线粉末超声分散在无水乙醇和去离子水的混合溶液中，然后将硅烷偶联剂KH570加入到上述分散液中对Ta2O5纳米线表面进行改性，将得到的产物洗涤后冷冻干燥，获得经KH570改性后的Ta2O5纳米线；Ta2O5纳米线表面接枝大分子引发剂，在反应容器中加入经KH570改性后的Ta2O5纳米线和大分子聚合物的单体，超声分散后再加入分子量调节试剂和引发剂，通氮气除掉体系中的氧气，然后搅拌反应至一部分单体转化时停止反应，使Ta2O5表面成功接枝大分子引发剂；制备含钽防辐射有机玻璃，在上述反应后的球形瓶中注入MMA单体，继续预聚合至溶液呈甘油状的粘稠液时，将预聚物倒入模具中，放入烘箱进行多次梯度升温聚合，最终得到含钽防辐射有机玻璃。...

【技术特征摘要】
1.一种含钽防辐射有机玻璃制备方法，其特征在于，包括：制备Ta2O5纳米线，将Ta2O5粉末颗粒充分溶解在氢氟酸溶液中，再加入氨水调节溶剂到预定的碱性pH值，得到Ta(OH)5的白色沉淀物，将该沉淀物洗涤后再溶解在双氧水和氨水的混合溶液中，得到Ta2O5的反应前驱体并转移到高压反应釜中进行反应，将所得的Ta2O5纳米线沉淀物洗涤后冷冻干燥，获得Ta2O5纳米线粉末；对Ta2O5纳米线表面进行改性，将Ta2O5纳米线粉末超声分散在无水乙醇和去离子水的混合溶液中，然后将硅烷偶联剂KH570加入到上述分散液中对Ta2O5纳米线表面进行改性，将得到的产物洗涤后冷冻干燥，获得经KH570改性后的Ta2O5纳米线；Ta2O5纳米线表面接枝大分子引发剂，在反应容器中加入经KH570改性后的Ta2O5纳米线和大分子聚合物的单体，超声分散后再加入分子量调节试剂和引发剂，通氮气除掉体系中的氧气，然后搅拌反应至一部分单体转化时停止反应，使Ta2O5表面成功接枝大分子引发剂；制备含钽防辐射有机玻璃，在上述反应后的球形瓶中注入MMA单体，继续预聚合至溶液呈甘油状的粘稠液时，将预聚物倒入模具中，放入烘箱进行多次梯度升温聚合，最终得到含钽防辐射有机玻璃。2.根据权利要求1所述的含钽防辐射有机玻璃制备方法，其特征在于，所述制备Ta2O5纳米线的方法包括，将Ta2O5粉末与氢氟酸溶液放到90-110℃的油浴锅中搅拌至Ta2O5粉末充分溶解，待溶解后，自然冷却至室温，加入氨水调节溶剂的pH值到9.0左右，得到Ta(OH)5的白色沉淀物。3.根据权利要求2所述的含钽防辐射有机玻璃制备方法，其特征在于，将Ta(OH)5的白色沉淀物溶解在体积比为5:1的双氧水和氨水的混合溶液中，得到Ta2O5反应前驱体，将前驱体在60-90...

【专利技术属性】
技术研发人员：张博，郭新涛，王芳，刘滢，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11