本发明专利技术公开了一种制备表面富集无机填料的高分子纳米复合膜的方法，其特征在于具体制备步骤如下：（1）将能够通过相转化法成膜的高分子和无机填料溶于溶剂中，制备母液；（2）将母液置于导电成膜平板上；（3）在导电成膜平板上施加垂直于导电成膜平板的静电场，该静电场促使母液相转化，获得表面富集无机填料的高分子纳米复合膜，表面富集无机填料后可赋予高分子材料更多的性能，尤其适用表面耐磨、耐酸碱、耐火、发光等材料的制备。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，其特征在于具体制备步骤如下：（1）将能够通过相转化法成膜的高分子和无机填料溶于溶剂中，制备母液；（2）将母液置于导电成膜平板上；（3）在导电成膜平板上施加垂直于导电成膜平板的静电场，该静电场促使母液相转化，获得表面富集无机填料的高分子纳米复合膜，表面富集无机填料后可赋予高分子材料更多的性能，尤其适用表面耐磨、耐酸碱、耐火、发光等材料的制备。【专利说明】
本专利技术涉及一种表面耐磨、耐酸碱、耐火、发光等材料的制备方法，尤其涉及。
技术介绍
材料表面结构设计及性能调控一直是高分子材料高性能化的研究热点及难点。在高分子材料表面形成无机物层，可使材料表面呈现无机材料的特性，弥补高分子材料耐磨损性、耐腐蚀性以及耐热性上的不足，此外，还可以赋予高分子材料表面某些特殊的性能，如光催化性和导电性等。专利US8012578公布了一种制备热塑性高分子和金属氧化物复合的方法。通过控制热塑性高分子和金属氧化物的沉积速率，获得高分子表面富集氧化硅的纳米复合膜。专利CN 100396825C公布了一种金属基纳米复合镀层的制备方法。将制备好的纳米碳管-纳米碳化钨复合粉体利用等离子体改性，使其分散于含镍离子、铜离子或钴离子的电镀液中，在电场驱动下，纳米碳管-纳米碳化钨与镍、铜离子或钴离子同时移动，在金属材料表面沉积而形成金属基纳米碳管-纳米碳化鹤复合镀层。Fong等(Chemistryof Materials, 2001, 13，4123-4129)采用氧等离子体处理聚己内酰胺(PA6) /蒙脱土(MMT)纳米复合材料的表面，等离子体产生的高能量刻蚀了表面的聚合物链段，最终在表面形成厚度为1-4 nm的惰性MMT层，使复合材料表面呈现显著的钝性和自愈合性。然而，处理前分散于PA6基体中的MMT片层取向不一，致使处理后的表面高低起伏不定，形成的MMT层厚度不均、取向多样，最终形成的表面粗糙度高，且无法达到完全由致密无机填料层覆盖的理想状态。因此，阻隔性、耐摩损性以及润滑性等表面性质均有一定的损失。高分子加工中所用的添加剂，在加工时或在特定的环境气氛下，会在材料表面发生富集，这就是表面离析现象(Segregation)。从热力学的角度讲,根据Gibbs等温吸附式，在多元组分中，为降低表面自由能，低表面能的组分总是倾向于向表面迁移(Migration),最终导致材料表面出现离析现象。相转化法的湿法成形过程是高聚物溶液在凝固浴中发生相分离的过程。首先，将聚合物溶于溶剂中，制备成膜母液。进一步，令溶剂挥发，使母液体系发生相分离，得到高分子膜。然而，目前尚未发现在相转化法湿法成膜工艺中，一步制备表面富集无机填料的方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，本专利技术在相转化法湿法成膜的基础上施加静电场，强化无机填料在材料成膜过程中的定向运动，在复合材料成型过程中，使部分无机填料均匀覆盖在高分子基体表面，获得表面高性能化的有机无机复合膜。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为:，具体制备步骤如下:(1)将能够通过相转化法湿法成膜的高分子和无机填料溶于溶剂中，制备母液；(2)将母液置于导电成膜平板上；(3)在导电成膜平板上施加垂直于导电成膜平板的静电场，该静电场促使母液相转化，获得表面富集无机填料的高分子纳米复合膜。所述的高分子为尼龙、聚苯乙烯或聚乙烯醇，其中高分子优选为尼龙。所述的溶剂为三氟乙醇、甲醇、四氢呋喃、无水乙醇或去离子水，其中溶剂优选为三氟乙醇或甲酸。所述的无机填料为聚倍半硅氧烷、粘土、二氧化硅、石墨烯、金属氧化物或稀土荧光填料。所述的静电场通过直流电源施加形成，所述的直流电源的电压为0V-10000V，其中优选电压为100V-1000V。所述的母液中的高分子与溶剂的质量比为0.001g/ml-10g/ml，优选质量比为0.01g/ml-lg/ml。所述的母液中的无机填料与高分子的质量比为0.01%-50%，优选质量比为0.1%_20%，更优选质量比为1%_10%。所述的金属氧化物为Fe3O4或CuO。所述的稀土荧光填料为NaYF4或NaYbF4。导电成膜平板的上方设置有导电成膜上板，所述的导电成膜平板接地，所述的导电成膜上板接电源。本专利技术的关键在于选择合适的电场强度，解决无机填料迁移过程中的阻力，如高分子与无机填料的相互作用、高分子的结晶行为。本专利技术的样品结构分析:采用扫描电镜中能谱分析仪器分析样品的表面特征元素分布如S1、Na元素等；采用静态接触角法测量复合膜材料表面亲水性质。采用荧光显微镜分析具有荧光特性的纳米填料的分散特性。与现有技术相比，本专利技术的优点是由于电场的存在，能够促进溶剂的挥发，可大大提高成膜效率；同时，由于静电力的牵引，无机纳米填料可在成膜母液中定向运动，从而能够在相转化成膜过程中，富集在高分子膜表面。表面富集无机填料的高分子纳米复合膜赋予复合膜更多的特性，尤其适用表面耐磨、耐酸碱、耐火、发光等功能化材料的制备。【专利附图】【附图说明】图1为对比例I能谱分析仪得到的复合膜表面Si元素分布图； 图2为对比例I薄膜上表面接触角示意图； 图3为本专利技术的成膜装置示意图； 图4为本专利技术实施例1能谱分析仪得到的复合膜表面Si元素分布图； 图5为本专利技术实施例1薄膜上表面接触角示意图； 图6为对比例2能谱分析仪得到的复合膜表面元素Na分布图； 图7为对比例2荧光显微镜下薄膜上表面荧光粉NaYF4分布图； 图8为本专利技术实施例2能谱分析仪得到的复合膜表面Na元素分布图； 图9为本专利技术实施例2荧光显微镜下薄膜上表面荧光粉NaYF4分布图。【具体实施方式】以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。对比例I 将0.5g分子量为lOOOOg/mol的尼龙6溶于IOml甲酸中，随后加入聚倍半硅氧烷0.1g,获得成膜母液。将成膜母液5ml置于导电成膜平板上，室温下自然挥发后成膜，成膜时间需24h。复合材料经能谱分析,薄膜上表面Si含量为0.10wt%, Si元素分布图如图1所示。接触角为89° ,结果如图2所示。实施例1 将0.5g分子量为lOOOOg/mol的尼龙6溶于IOml甲酸中，随后加入聚倍半硅氧烷0.1g,获得成膜母液。将成膜母液5ml置于导电成膜平板上，将成膜平板置于平行板电场中，在表面皿两侧施加电场，其中导电成膜上板带负电，导电成膜平板接地，直流电压场强为1000V。成膜装置示意图如图3所示。室温下电场作用时间40min成膜液完全相分离，获得有机无机复合膜。复合材料经能谱分析，表面Si含量为0.54wt%, Si元素分布图如图4所示。接触角为65°，结果如图5所示。测试结果与对比例I中相比，无机纳米颗粒聚倍半硅氧烷向薄膜表面迁移，富集于薄膜表面，使得表面亲水性明显改善。对比例2 将0.5g分子量为10000g/mol的尼龙6溶于IOml甲酸中，随后加入NaYF40.lg，获得成膜母液。将成膜母液5ml置于导电成膜平板上，室温下自然挥发后成膜，成膜时间需20h。复合材料经能谱分析，薄膜上表面Na含量为0.05wt%, Na元素分布图如图6所示。荧光显微镜图像观测薄膜上表面NaYF4如图7所示。实施例2 将0.5g分子量为10000g/mol的尼`龙6溶于IO本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周琦，
申请(专利权)人：宁波工程学院，
类型：发明
国别省市：
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