一种聚合物/水滑石纳米复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种制备聚合物／水滑石纳米复合材料的方法：１）将水滑石加入到去离子水中，在搅拌和超声作用下得到水滑石悬浮液；２）将单体、阴离子表面活性剂、引发剂和去离子水加入到聚合物反应器中，搅拌均匀进行聚合反应，冷却得到聚合物乳液；３）将水滑石悬浮液与聚合物乳液混合，搅拌使水滑石片层与乳胶粒子经静电吸附组装形成复合粒子，结束搅拌，复合粒子悬浮液经过滤、洗涤、干燥得到聚合物／水滑石纳米复合材料。本发明专利技术所述的方法能够一步实现水滑石的有机改性及其与聚合物的纳米复合，具有成本低、操作简单等优点。本发明专利技术所制备的纳米复合材料中水滑石具有良好的剥离分散性，片层与聚合物基体的相互作用也可以进行调控。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。(二) 背景4支术多年来，聚合物材料广泛应用于国民经济的各个领域，成为人们物质 生活中息息相关、不可或缺的材料之一。但是，聚合物材料存在刚性强度 不够、耐热性差、尺寸稳定性差、易老化、易燃等缺点，大大限制了其应 用领域，无机材料具有较好的强度、刚性、耐热、耐老化和尺寸稳定等优 点，因此，将无机材料特别是具有纳米尺寸的无机纳米粒子与聚合物材料 复合是提高聚合物材料的主要手段，当纳米粒子在聚合物中均匀分散时， 复合材料的刚性、耐热、阻燃及阻隔性能能得到明显的提高。水滑石是一类典型的阴离子型层状化合物，其分子组成为x+(A^/n) .mH20，其中M^为 M2+为主体层板二价阳离子，为Fe"、 Mg2+、 Ni2+、 Zn2+、 0)2+中的一种; M3+为主体层板三价阳离子，为Al3+、 Fe3+、 Co3+、 Ti3+、 V^中的一种， 1-x和x分别为主体层板中]VP和M"的摩尔分数，x^).33， A&为 S042-、 C032-、 N03\ Cr中的一种，m为层间水分子的个数，0.1《m<0.6。 水滑石晶体为六方晶系，由于其主体成份一般是由两种金属的氢氧化物构 成，因此又称其为双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxide,简写为 LDH)。优选的，所述M^为Mg^或Zn2、 M^为A1^。所述阴离子表面活性剂和引发剂可根据聚合物单体种类进行选择,优 选的，所述阴离子表面活性剂为下列之一或其中两种以上的混合十二烷 基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、丙烯酸盐、甲基丙烯酸 盐、曱基烯丙基羟基磺酸钠。所述引发剂选用油溶性引发剂或水溶性引发 剂，油溶性引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯曱酰等， 加入方式是将引发剂溶于单体中；水溶性引发剂包括过硫酸钾、过硫酸铵 等，加入方式是将引发剂溶于去离子水中。根据需要，也可选择两种或两 种以上同类或非同类引发剂进行复配使用。所述聚合物聚合反应按照常规聚合反应条件进行，优选的，所述聚合 反应在50 80。C下进行，反应时间5 10小时。具体的，所述方法如下(1 )将0.1-5质量份的水滑石加入到100质量份的水中，在搅拌和超声 作用下制得水滑石悬浮液；(2)将10~50质量份的聚合物单体、0.5 3质量份的阴离子表面活性剂 和0.05~0.3质量份的引发剂加入100质量份的水中，室温搅拌 10 30min,升温至50~80°C进行聚合反应5~10小时，反应结束后 冷却至室温得到聚合物乳液；所述聚合物单体为下列之一或其中两 种以上的混合曱基丙烯酸曱酯、苯乙烯、丙烯晴；所述阴离子表 面活性剂为下列之一或其中两种以上的混合十二烷基辟u酸钠、十 二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、曱基烯丙基羟基磺酸钠；所述 引发剂为下列之一或其中两种以上的混合偶氮二异丁腈、过硫酸 钾、过硫酸铵；(3 )将体积比1~10:1~10的水滑石悬浮液和聚合物乳液混合，室温 7(TC下搅拌1 3小时，混合液过滤，取滤饼洗涤、干燥，得到所述聚合物/水滑石纳米复合材料。 本专利技术的优点如下1) 通过水滑石悬浮液中具有剥离结构且表面带正电荷的水滑石片层 与表面具有阴离子表面活性剂的乳胶粒子通过静电作用复合, 一方面实现 纳米复合，另一方面实现水滑石的表面有机化改性。实现了有机改性和纳 米复合一步完成。2) 本专利技术是将聚合好的乳液与水滑石进行复合，避免了原位聚合对 聚合物基体的性质如分子量及分子量分布的影响。4)在复合过程中，由于水滑石片层与乳胶粒子带异种电荷，根据同性电荷相斥、异性电荷相吸的原理，水滑石片层之间4艮难发生聚并，该方 法能有效的实现水滑石片层的充分剥离。3)在乳液聚合过程中，通过选择不同的表面活性剂为乳化剂，特别 是选择能够参与聚合的表面活性剂，能够实现水滑石片层与聚合物基体之 间的强相互作用。本专利技术所制备的聚合物/水滑石纳米复合材料中水滑石的分散状态可 采用X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显樣i镜〗現察(图1 )。所制 备的纳米复合材料具有优良的耐热性能和阻燃性能(图2)，可用于各种 聚合物制件的制备。本专利技术方法能够一步实现水滑石的有机改性及其与聚合物的纳米复 合，具有成本低、操作筒单等优点。本专利技术所制备的纳米复合材料中水滑 石具有良好的剥离分散性，片层与聚合物基体的相互作用也可以进行调 控。(四) 附图说明图1为实施例11中复合乳液的扫描电子显微镜照片；图2为实施例1与实施例11中所制备的复合材料与纯聚合物的热失重对比。(五) 具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步描述,但本专利技术的保护范围 并不仅限于此实施例1:将0.5g镁/铝比为2/1的水滑石([Mg2+,M3+(U3(OH")2f33+(C032-(H65) 0.33H2O ,湖州市菱湖新望化工有限公司生产)加入到100g水中，室温下搅拌lh,然后超声波(功率500w)分散10min得到水滑石悬浮液。将30g苯乙烯、2.0g十二烷基石克酸钠、0.2g过石克酸钾与100g去离子 水加入到反应器中，室温下搅拌10min，升温至70。C开始聚合，聚合反 应时间为8小时，聚合结束后，降温使乳液自然冷却至室温。将100g水滑石悬浮液采用滴加的方式加入到50g聚合物乳液中，滴 加时间为lh，滴加完毕后50。C下搅拌1小时，复合粒子悬浮液经过滤、 洗涤、干燥得到水滑石含量为4.7wtQ/。的聚苯乙烯/水滑石纳米复合材料。实施例2:水滑石悬浮液与聚合物乳液的制备同实施例1。将100g水滑石悬浮液一次性加入到100g乳液中，然后升温至40°C 下搅拌3小时，复合粒子悬浮液经过滤、洗涤、干燥得到水滑石含量为 2.4wt。/。的聚苯乙烯/水滑石纳米复合材料。实施例3:水滑石悬浮液与乳液的制备同实施例1。将50g水滑石悬浮液釆用滴加的方式加入到100g乳液中，滴加时间 为30min,滴加完毕后然后升温至7(TC下搅拌3小时，复合粒子悬浮液 经过滤、洗涤、干燥得到水滑石含量为1.2wty。聚苯乙烯/水滑石纳米复合 材料。实施例4:将0.1gM/铝比为2/1的水滑石加入到100g水中，室温下搅拌lh， 然后超声波分散10min得到水滑石悬浮液。乳液的制备同实施例1。将100g水滑石悬浮液采用滴加的方式加入到10g乳液中，滴加时间为lh，滴加完毕后室温下搅拌1小时，复合粒子悬浮液经过滤、洗涤、干燥得到水滑石含量为4.7 wt。/。聚苯乙烯/水滑石纳米复合材料。 实施例5:将5.0g^/铝比为2/1的水滑石加入到100g水中，室温下搅拌lh， 然后超声波分散20min得到水滑石悬浮液。 乳液的制备同实施例1。将10g水滑石悬浮液一次性加入到20g乳液中，然后室温下搅拌1 小时，复合粒子悬浮液经过滤、洗涤、干燥得到水滑石含量为4.7wt。/o聚 苯乙烯/水滑石纳米复合材料。实施例6:水滑石悬浮的制备同实施例1。将0.3g偶氮二异丁腈溶解在30g苯乙烯中，将溶解了引发剂的苯乙 烯、2.0g十二烷基石黄酸钠和100g去离子水加入到反应器中，室温下搅拌 10min,升温至60。C开始聚合，聚合反应时间为8小时，聚合结束后，降 温^使乳液自然冷却至室温。将100g水滑石悬浮液釆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物／水滑石纳米复合材料的制备方法，所述方法包括：（１）将０．１～５质量份的水滑石加入到１００质量份的水中，在搅拌和超声作用下制得水滑石悬浮液；（２）将１０～５０质量份的聚合物单体、０．５～３质量份的阴离子表面活性剂和０．０５～０．３质量份的引发剂加入１００质量份的水中，充分搅拌后进行聚合反应，得到聚合物乳液；所述聚合物单体为下列之一或其中两种以上的混合：甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丁二烯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯晴、甲基丙烯酸、丙烯酰胺；（３）将体积比１～１０∶１～１０的水滑石悬浮液和聚合物乳液混合，室温～７０℃下搅拌１～３小时，混合液过滤，取滤饼洗涤、干燥，得到所述聚合物／水滑石纳米复合材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晋涛，陈枫，叶永昌，费正东，钟明强，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]