超临界二氧化碳聚合制备改性芳纶浆粕/PMMA复合材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种超临界二氧化碳聚合制备改性芳纶浆粕/PMMA复合材料的方法，先利用超临界CO

【技术实现步骤摘要】
超临界二氧化碳聚合制备改性芳纶浆粕/PMMA复合材料的方法
本专利技术属于复合材料
，涉及一种超临界二氧化碳聚合制备改性芳纶浆粕/PMMA复合材料的方法。
技术介绍
PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)具有机械强度高、轻质及易加工等优点使其应用空间非常广阔，可以用作普通汽车的风挡以及飞机座舱盖风挡和弦窗，此外，在屏幕、仪器防护罩、仪表外壳以及光学镜片等方面也有应用。同时因为其本身具有色泽可调、美学性能良好、生物相容性良好等特点，现已成为口腔科学领域最常用的生物医学材料之一。但PMMA义齿基托存在硬度低、易磨损、易断裂等问题，因此，PMMA义齿基托材料的改性与研究就显得尤为重要。对PMMA的增强改性可采用无机纳米材料、玻璃纤维、碳纤维材料等，但其生产成本高，且制备过程不够绿色环保。专利CN201110425364.0公开了一种聚甲基丙烯酸甲酯-二氧化硅复合义齿基托材料及其制备方法和应用，其采用偶联剂对SiO2表面进行修饰，最终与单体进行原位悬浮聚合得到增强的复合材料，改善了纳米SiO2粒子与集体的界面相容性，提高了聚合物基体的各项性能，但复合材料的制备过程繁多，成本较高；专利CN201611140051.X公开了一种聚甲基丙烯酸甲酯增强复合材料及其制备方法，其采用玄武岩纤维进行改性处理，在偶联剂的作用下与PMMA进行偶联、复合，从而得到相容性较好、性能优异的复合材料，但过程中需要使用到多种化学试剂，不够环保。芳纶纤维可作为一种有机填料，这为制备高性能义齿基托材料提供了一条新途径。芳纶浆粕是芳纶纤维经过表面微纤化而制得的一种新型合成纤维，表面含有大量呈毛绒状的超细微纤，具有比表面积大、尺寸稳定性好、密度低、强度高、耐高温和耐腐蚀性能好等优点，因而在复合材料增强领域具有广泛的应用，但芳纶浆粕由于表面原纤彼此缠结，容易聚结，用于PMMA基体材料时不易分散，需要进行表面处理或改性。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种超临界二氧化碳聚合制备改性芳纶浆粕/PMMA复合材料的方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种超临界二氧化碳聚合制备改性芳纶浆粕/PMMA复合材料的方法，先利用超临界CO2携带作用将MMA(甲基丙烯酸甲酯)及其对应的引发剂渗透在比表面积较大的芳纶浆粕中后引发MMA聚合得到改性芳纶浆粕，再将改性芳纶浆粕与PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)复合制得复合材料；复合材料中浆粕的分散性和相容性得到提高，因而复合材料的力学性能优良，复合材料样品经万能试机进行拉伸性能、弯曲性能测试，复合材料的拉伸强度为47.83～63.52MPa，断裂伸长率为3.5～6.8％，弯曲强度为56.8～62.4MPa；拉伸性能的测试方法为：利用万能试验机对所得的复合材料非标准样片进行拉伸测试，试样尺寸：50mm×7mm×2mm，拉伸速率2mm/min；弯曲性能的测试方法为：利用万能试验机对所得的复合材料弯曲试样进行加载，直至试样断裂，试样尺寸：60mm×10mm×3.3mm，测试支点跨距为50mm，加载速度为5mm/min。本专利技术的目的在于提供一种超临界二氧化碳聚合制备改性芳纶浆粕/PMMA复合材料的方法，主要用于义齿基托材料。通过超临界CO2对聚合物的溶胀反应在芳纶浆粕中引入足够引发剂和MMA单体，在一定温度下进行原位聚合，在芳纶浆粕中引入PMMA分子链以制得改性芳纶浆粕，将改性芳纶浆粕与纯PMMA树脂混合，通过热压成型制得改性芳纶浆粕/PMMA复合材料。超临界CO2流体具有无毒环保、密度近于液体，粘度近于气体、扩散系数高、溶解渗透能力大等优点，另外超临界CO2本身无毒无害，不易燃，化学性质稳定，气体价格低廉，且对环境友好，是一种非常理想的绿色溶剂。本专利技术利用超临界CO2协助渗透技术将MMA及其对应的引发剂渗透进芳纶浆粕中，经引发聚合反应则可得到能够在PMMA中分散均匀以及与PMMA的界面结合性能优良的改性芳纶浆粕，相对于现有技术改性芳纶的方法，本专利技术的改性方法不仅环保，改性效果也较为优良，改性芳纶浆粕能够在PMMA中均匀分散，且与PMMA的界面结合性能优良。本专利技术通过原位聚合在芳纶浆粕表面引入大量的PMMA分子链，这样在添加适量的改性芳纶浆粕后，其可在PMMA基体中更好地起到填充改性作用，由于芳纶浆粕表面带有大量的PMMA分子链，在与PMMA基体复合时在PMMA基体中团聚的机会相对减少，使其分散性得到提高，这也间接增强了芳纶浆粕与PMMA基体的界面粘结力，提升了复合材料的性能。复合材料在受到外力作用时改性芳纶浆粕一方面可吸收分散大量的能量，另一方面由于应力集中效应会激发周围的PMMA基体产生银纹，可吸收一定的变形功，改性芳纶浆粕的存在使基体在受到破坏时裂纹扩展受阻，阻止了复合材料内部结构的大面积破坏，从而提升了材料的力学性能。作为优选的技术方案：如上所述的一种超临界二氧化碳聚合制备改性芳纶浆粕/PMMA复合材料的方法，具体步骤如下：(1)在室温(本专利技术的室温都是指25～27℃)下向反应装置中放入一定量的干燥(具体是指在100～120℃烘箱中干燥2h)后的芳纶浆粕，再加入一定量的液态单体MMA及其对应的引发剂，封闭反应装置；(2)排尽反应装置及管路里的空气；(3)向反应装置内充入CO2气体至一定压力后，将反应装置内的温度以一定速率升至设定值，使反应装置内CO2达到超临界状态，保温一定时间后，得到改性芳纶浆粕；改性芳纶浆粕呈粉末状，在后续实验中能与PMMA粉末更好地分散混合；芳纶浆粕改性前不是呈粉末状，表面呈原纤化的绒羽状，团聚在一起，改性后由于在其表面引入了PMMA分子链，大量PMMA分子链在纤维原纤表面缠结包覆，形成微球，宏观表现为类似的粉末状；(4)将改性芳纶浆粕与PMMA粉末按一定比例混合均匀得到混合物；(5)将混合物放入到模具中热压成型，脱模得到复合材料，热压成型能够使得改性芳纶浆粕更好地与PMMA基体结合。如上所述的一种超临界二氧化碳聚合制备改性芳纶浆粕/PMMA复合材料的方法，步骤(1)中，芳纶浆粕为Kevlar29、Kevlar49、Kevlar129、Twaron、国产1414浆粕中的一种。如上所述的一种超临界二氧化碳聚合制备改性芳纶浆粕/PMMA复合材料的方法，步骤(1)中，MMA对应的引发剂为过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰、过硫酸钾和过硫酸铵中的一种以上。如上所述的一种超临界二氧化碳聚合制备改性芳纶浆粕/PMMA复合材料的方法，步骤(1)中，MMA与芳纶浆粕的质量比为1:3～3:2，MMA与芳纶浆粕的质量比会影响改性的效果，将MMA与芳纶浆粕的质量比设置于此可保证较好的改性效果；MMA对应的引发剂与MMA的质量比为1:20～100，引发剂与MMA的质量比会影响改性芳纶浆粕中PMMA分子链的质量、数量与长度。如上所述的一种超临界二氧化碳聚合制备改性芳纶浆粕/PMMA复合材料的方法，排尽反应装置及管路里的空气采用充入CO2气体至一定压力后，进行抽真空，重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超临界二氧化碳聚合制备改性芳纶浆粕/PMMA复合材料的方法，其特征在于，先利用超临界CO

【技术特征摘要】
1.一种超临界二氧化碳聚合制备改性芳纶浆粕/PMMA复合材料的方法，其特征在于，先利用超临界CO2携带作用将MMA及其对应的引发剂渗透在芳纶浆粕中后引发MMA聚合得到改性芳纶浆粕，再将改性芳纶浆粕与PMMA复合制得复合材料；复合材料的拉伸强度为47.83～63.52MPa，断裂伸长率为3.5～6.8％，弯曲强度为56.8～62.4MPa。


2.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳聚合制备改性芳纶浆粕/PMMA复合材料的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)在室温下向反应装置中放入一定量的干燥后的芳纶浆粕，再加入一定量的MMA及其对应的引发剂，封闭反应装置；
(2)排尽反应装置及管路里的空气；
(3)向反应装置内充入CO2气体至一定压力后，将反应装置内的温度以一定速率升至设定值，使反应装置内CO2达到超临界状态，保温一定时间后，得到改性芳纶浆粕；
(4)将改性芳纶浆粕与PMMA粉末按一定比例混合均匀得到混合物；
(5)将混合物放入到模具中热压成型，脱模得到复合材料。


3.根据权利要求2所述的一种超临界二氧化碳聚合制备改性芳纶浆粕/PMMA复合材料的方法，其特征在于，步骤(1)中，芳纶浆粕为Kevlar29、Kevlar49、Kevlar129、Twaron、国产1414浆粕中的一种。


4.根据权利要求2所述的一种超临界二氧化碳聚合制备改性芳纶浆粕/PMMA复合材料的方法，其特征在于，步骤(1)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔海娟，李彪，杜雪，徐前，姜飞燕，曾娟，郝钰，孙晓玲，宋吉银，余木火，于治水，张培磊，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31