[发明专利]聚合物基复合材料界面的聚合物刷结构及其构筑方法和应用

权利要求书

1、一种聚合物基复合材料界面的聚合物刷结构，其特征在于：该结构包括基体、三嵌段共聚物和增强材料，三嵌段共聚物嵌段C与增强材料形成化学键结合，三嵌段共聚物嵌段A伸展入基体，形成“刷毛”，共聚物的柔性链段B在增强材料表面沉积，形成界面柔性层。

2、根据权利所述1所述的聚合物刷结构，其特征在于：所述三嵌段共聚物，其结构片段如下：—(A)n₁—(B)n₂—(C)n₃—，嵌段A为聚苯乙烯；嵌段B为包括聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸叔丁酯的单体；嵌段C为带双键的硅烷偶联剂；n1为嵌段A的聚合度，其值在50～300之间；n2为嵌段B的聚合度，其值在50～150之间；n3为嵌段C的聚合度，其值在1～22之间。

3、根据权利所述2所述的聚合物刷结构，其特征在于：所述三嵌段共聚物的制备方法包括以下步骤：

步骤1 A嵌段—(A)n₁—的合成：

采用原子转移自由基聚合方法，三口烧瓶中加入定量的A嵌段的单体苯乙烯、配体、金属卤化物和引发剂，搅拌并通入氮气，缓慢升温至75℃～90℃，保温反应5～8h后，用四氢呋喃溶解，于无水甲醇中沉淀，真空干燥，得到产品为C-Br键端基的A嵌段—(A)n₁—Br；

步骤2 A、B二嵌段共聚物—(A)n₁—(B)n₂—的合成：

在氮气保护下的三口烧瓶中加入一定配比的溶剂、嵌段B的单体、配体、金属卤化物和C-Br键端基的—(A)n₁—Br聚合物引发剂，40℃～120℃搅拌4～40h后停止反应，纯化、分离步骤同步骤1，得到以C-Br键为端基的A、B二嵌段共聚物—(A)n₁—(B)n₂—Br；

步骤3：A、B、C三嵌段共聚物—(A)n₁—(B)n₂—(C)n₃—的合成：

将C-Br键为端基的A、B二嵌段共聚物—(A)n₁—(B)n₂—B、金属卤化物、配体、溶剂和C嵌段的单体置于氮气氛的三口烧瓶中于40℃～120℃反应，纯化步骤同步骤2，即得到三嵌段共聚物—(A)n₁—(B)n₂—(C)n₃—。

4、根据权利要求3所述的聚合物刷结构，其特征在于：所述的配体、催化剂和引发剂的投料比为：1：1：1。

5、根据权利要求3所述的聚合物刷结构，其特征在于：所述的引发剂包括α-卤代物、α-溴(氯)代苯乙烷、α-溴异丁酸乙酯。

6、根据权利要求3所述的聚合物刷结构，其特征在于：所述的金属卤化物包括CuCl/CuBr或FeCl₂。

7、根据权利要求3所述的聚合物刷结构，其特征在于：所述的配体包括N，N，N′，N′，N″-五甲基二亚乙基三胺或2-2’-联吡啶。

8、根据权利要求3所述的聚合物刷结构，其特征在于：所述的溶剂包括二甲苯、甲苯、苯、丙酮、环己酮或二甲基甲酰胺中的一种。

9、根据权利所述1或2所述的聚合物刷结构的构筑方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1 三嵌段聚合物对增强材料表面进行处理，形成强相互作用：

将三嵌段聚合物置于二甲苯溶剂中，加入pH4～5的醋酸水溶液，嵌段共聚物的浓度为0.1％～2％wt％，搅拌0.5～2h形成均匀稳定的分散体系，采用该处理剂浸泡或涂覆增强材料，于室温放置30min去除多余处理剂，置于80℃环境中，去除溶剂、水等分散介质并使偶联剂嵌段与增强材料表面发生反应，90min后升温至120℃继续反应30min。

步骤2 增强材料与基体材料复合：

a)当基体材料为热塑性树脂：经嵌段共聚物处理的增强材料与熔融状态的热塑性树脂在压力作用下接触，该复合温度比其熔点温度高30～80℃；

b)当基体材料为热固性树脂：将树脂与固化剂、固化促进剂等按一定的配比混合，混合均匀形成胶液，将经嵌段共聚物处理过的增强材料与胶液混合，固化后得到玻璃纤维增强复合材料板材。

10、根据权利所述1-8任一所述的聚合物刷结构、或根据权利要求9所述的构筑方法，其特征在于：所述增强材料包括玻璃(纤维、微珠)、玄武岩纤维、云母、硅灰石、滑石粉。