【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功能型聚合物材料领域，尤其涉及一种在水相中分散sio2粒子的聚合物分散剂的制备及应用。
技术介绍
1、sio2具有优异的力学性能、光学性能、电学性能和热力学性能，而且它的粒径小，因此它具有比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能好的优点。另外sio2具有优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用。
2、sio2的应用范围广泛，但由于其比表面积大，表面羟基丰富，容易团聚，导致其在体系中分散不均匀，影响其使用。因此，有必要对sio2粒子进行表面改性，防止sio2团聚，进而提高sio2的使用效率和性能。
3、有两种sio2修饰方法能够解决sio2团聚这一问题。一种是通过共价键进行化学修饰的方法在sio2表面接枝聚合物，另一种是通过非共价键的物理表面修饰方法添加表面活性剂。sio2表面接枝聚合物通常都是使用有机溶剂，制备过程复杂，能耗高，体系中的sio2含量也非常低。通过添加表面活性剂的方法具有广泛的适用性和可加工性，减少颗粒之间的高表面能和物理吸引力，sio2含量高等优点而备受关注。其中，可控自由基聚合物具有可以通过多点非共价相互作用牢固地吸附在颗粒表面，能够形成空间稳定屏障，实现均匀分散和稳定，防止它们聚集等独特的优点，受到广泛的关注和研究。
4、通过可控自由基聚合合成具有结构明确的嵌段共聚物，期含有的锚定基团可以通过多点非共价相互作用(例如氢键，两性离子，酸碱相互作用等)牢固地吸附在颗粒表面。
5、目前研究人员报
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种水相中分散二氧化硅的聚合物及其制备方法，特别适合用于sio2颗粒的表面处理，通过简单的水煮工艺，并适当调节酸碱性，聚合物牢固结合于sio2颗粒表面，改善sio2颗粒的分散性能，降低sio2颗粒的平均粒径大小，进而提高sio2颗粒的使用效率和性能。
2、为实现以上目的，所采用的技术方案是:
3、一种在水相中分散sio2粒子的聚合物分散剂，其特征在于，其结构均为水溶性链段单体，且该二嵌段共聚物结构如下：
4、
5、；其中，n为30-60的整数，m为30-60的整数。
6、优选地，制备过程包括以下步骤：
7、(1)使用一定量的4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸(cpabd)，甲基丙烯酸(maa)，偶氮二异丁腈和1,4-二氧六环置于烧瓶，中通过液氮冷冻后除去氧气并在n2保护下置于80℃反应3-6h，在反应结束后，冷冻猝灭，在乙醚中重沉淀两次，室温下真空干燥得到大分子引发剂聚甲基丙烯酸-大分子引发剂(pmaa-cta)。
8、(2)将一定量的聚甲基丙烯酸-大分子引发剂，甲基丙烯酸缩水甘油酯(gma)，偶氮二异丁腈和1,4-二氧六环通过液氮冷冻除去氧气，并在n2保护下置于70℃反应2-8h。反应结束后用过量乙醚沉淀，离心收集产物，真空干燥得到聚甲基丙烯酸-聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(pmaa-b-pgma)。
9、(3)将一定量合成的聚甲基丙烯酸-聚甲基丙烯酸缩水甘油酯加入到烧瓶中，在温和搅拌下溶解于1,4-二氧六环(dioxane)和去离子水(体积比2/1)混合溶液中。在聚合物溶液中滴加对应量1mol/l盐酸水溶液，并在50℃下水解12-24h。水解产物甲基丙烯酸-甘油单甲基丙烯酸酯在旋转蒸发仪中除水，通过过量乙醚中沉淀并倾析出杂质，重结晶三次后在常温下真空干燥，得到最终产物聚甲基丙烯酸-聚甘油单甲基丙烯酸酯(pmaa-b-pggma)。
10、优选地，上述步骤(1)中所用的4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸，甲基丙烯酸和偶氮二异丁腈的物质的量比为1:30-60:0.5,1,4-二氧六环用量为10ml。
11、优选地，上述步骤(2)中所用的甲基丙烯酸-大分子引发剂，甲基丙烯酸缩水甘油酯，偶氮二异丁腈的物质的量比为1:30-60:0.51,4-二氧六环用量为10ml。
12、将制备得到的pmaa-b-pggma用于分散sio2粒子，包括以下使用步骤：
13、(1)聚合物溶液的制备：将聚合物溶解于溶剂中，得到聚合物溶液。
14、(2)sio2粒子的表面处理：向sio2粒子中，加入去离子水，10秒内滴加步骤(1)所述聚合物溶液，滴毕，滴加酸/碱调节剂调节ph至酸性，中性或碱性，滴毕，常温下搅拌2-10小时，过滤，烘干得到表面处理的sio2粒子。
15、优选地，所述的应用过程，步骤(1)所述酸性调节剂为0.1mol/l盐酸溶液，碱性调节剂为0.1mol/l氢氧化钠溶液；应用过程中调节ph的范围为1-13。
16、优选地，所述的应用过程，步骤(1)所述聚合物的质量为sio2质量的1％-50％，步骤(2)所述聚合物表面处理sio2粒子过程中所用的去离子水的质量为sio2粒子质量的1-10倍。
17、优选地，所述的应用过程，步骤(2)所述的sio2粒子的原生粒径为100-5000nm。
18、本专利技术所述的用于sio2颗粒表面处理的聚合物是经过大量实验择优筛选出来的最佳分子结构组合，其包含水溶性链段、含有锚固基团链段，既保证了聚合物与分散介质及其它组分的良好相容性，可与sio2颗粒表面发生诸如氢键、配位键、静电吸附等比较强烈的相互作用，而牢固吸附于sio2颗粒表面。
19、与之前合成的嵌段共聚物相比，本专利技术的有益效果在于:
20、(1)精心设计了可用于sio2颗粒表面处理的聚合物，分散后的sio2颗粒平均粒径相对于分散前显著降低。
21、(2)一次分散sio2颗粒的固含量很高，分散的效率高。
22、(3)在应用例1-4中，本专利技术的聚合物分散剂在碱性条件尤其是强碱性条件下也能够进行sio2颗粒分散，嵌段共聚物的作用范围广，不受酸碱性条件的影响。
23、(4)聚合物表面处理sio2颗粒的工艺简单，能耗低，环境负荷小。
24、(5)本专利技术的聚合物特别适合用于各种原生粒径为微米级和亚微米级sio2颗粒的表面处理，特别适合用于原生粒径为100-5000nm的sio2颗粒。
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1.一种在水相中分散SiO2粒子的聚合物分散剂，其特征在于，其由两种水溶性单体通过活性自由基聚合两步聚合制备，该二嵌段共聚物结构如下：
2.根据权利要求1所述的一种在水相中分散SiO2粒子的聚合物分散剂，其特征在于，所述二嵌段共聚物的制备方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种在水相中分散SiO2粒子的聚合物分散剂，其特征在于，步骤（1）中所用的4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸，甲基丙烯酸和偶氮二异丁腈的物质的量比为1:30-60:0.5，1,4-二氧六环的用量为10ml。
4.根据权利要求2所述的一种在水相中分散SiO2粒子的聚合物分散剂，其特征在于，步骤（2）中所用的甲基丙烯酸-大分子引发剂，甲基丙烯酸缩水甘油酯，偶氮二异丁腈的物质的量比为1:30-60:0.5，1,4-二氧六环的用量为10ml。
5.根据权利要求2所述的一种在水相中分散SiO2粒子的聚合物分散剂，其特征在于，步骤（3）中1,4-二氧六环和去离子水的体积比为2：1。
6.如权利要求1所述的一种在水相中分散SiO2粒子的聚合物分散剂的应用
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，使用步骤（1）所述酸性调节剂为0.1mol/L盐酸溶液，碱性调节剂为0.1mol/L氢氧化钠溶液；应用过程中调节pH的范围为1-13。
8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，使用步骤（1）所述聚合物的质量为SiO2质量的1-50wt%，步骤（2）所述聚合物表面处理SiO2粒子过程中所用的去离子水的质量为SiO2粒子质量的1-10倍。
9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，使用步骤（2）所述的SiO2粒子的原生粒径为100-5000 nm。
...【技术特征摘要】
1.一种在水相中分散sio2粒子的聚合物分散剂，其特征在于，其由两种水溶性单体通过活性自由基聚合两步聚合制备，该二嵌段共聚物结构如下：
2.根据权利要求1所述的一种在水相中分散sio2粒子的聚合物分散剂，其特征在于，所述二嵌段共聚物的制备方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种在水相中分散sio2粒子的聚合物分散剂，其特征在于，步骤（1）中所用的4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸，甲基丙烯酸和偶氮二异丁腈的物质的量比为1:30-60:0.5，1,4-二氧六环的用量为10ml。
4.根据权利要求2所述的一种在水相中分散sio2粒子的聚合物分散剂，其特征在于，步骤（2）中所用的甲基丙烯酸-大分子引发剂，甲基丙烯酸缩水甘油酯，偶氮二异丁腈的物质的量比为1:30-60:0.5，1,4-二氧六环的用量为10ml。
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【专利技术属性】
技术研发人员：肖龙强，侯琳熙，赵玉来，蔡静宇，阴翔宇，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
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