[发明专利]聚酯/二氧化硅纳米杂化材料的原位生长制备方法及其产品

说明书

技术领域

本发明属于有机无机纳米杂化材料的制备领域，特别涉及一种聚酯/二氧 化硅纳米杂化材料的原位生长制备方法及其由该方法获得的产品。

背景技术

随着科学技术的发展，单一性质的材料已不能满足人们的需要，复合化 成为现代材料发展的一种趋势。通过两种或多种材料的功能复合、性能互补 和优化，可以得到综合性能优良的复合材料。纳米无机粒子因其特有的小尺 寸效应、表面效应和量子隧道效应，加入聚合物中，不仅可以改善聚合物的 强度、韧性、刚性，还有可能获得优异的透光性、阻隔性、耐热性、导电性、 杀菌防霉性、吸波性、防紫外辐射性等功能性。

对于一般的有机无机复合材料而言，分散在聚合物基体中的无机组分尺 寸通常在微米级以上，通常仅作为填料或填充剂。人们迫切希望制备出一种 无机物与聚合物在分子水平上进行复合、且无机组分以纳米级的尺寸分散在 基体中的复合材料，即“有机无机纳米杂化材料”。

有机无机纳米杂化材料综合了无机材料的刚性、热稳定性以及聚合物材 料的韧性、可加工性等各自特点。其性质不仅仅取决于单个组分的性质，更 取决于两相的形貌以及两相之间的相互作用。纳米杂化材料的性质不仅仅是 两个组分性质的简单加和，而且通常表现出许多其他的优异性质。

有机无机纳米杂化材料的一种重要的制备方法是溶胶-凝胶法。溶胶-凝胶 法制备杂化材料通常可以分为两种类型：一种是将无机物的前驱体加入到聚 合物基体中进行水解缩合反应得到杂化材料，称之为原位生长法；另一种是 将无机物的前驱体加入到聚合物单体中，单体聚合与前驱体的水解缩合反应 同时进行。目前，关于溶胶-凝胶法制备有机无机纳米杂化材料的报道已经屡 见不鲜，例如聚酰亚胺二氧化硅纳米杂化材料(CN 1831034A)、环氧树脂二 氧化硅杂化材料(CN 1887957A)、聚丙烯酸(或聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸羟 乙酯)二氧化硅纳米杂化材料(CN 1176951C)等。然而，关于采用溶胶-凝 胶方法以热塑性聚酯为基体的聚合物无机纳米杂化材料尚未见报道。

聚对苯二甲酸乙二酯(简称PET)作为一种最常见的热塑性聚酯以其优 异的耐热性、耐化学溶剂性、尺寸稳定性、介电性能和力学性能等特点而广 泛应用于合成纤维、薄膜、包装材料和工程塑料等领域。但是其结晶速度慢、 熔体强度低等缺点限制了其大规模的应用。近年来，研究者尝试在PET聚合 物基体中引入纳米级的无机组分来改善其性能，并取得了一定进展。

纳米二氧化硅(化学式SiO₂)作为一种无机纳米填料应用于聚合物中， 可提高聚合物的综合性能，但由于其表面羟基和不饱和残键的存在，表现出 很强的亲水性，与聚合物基体相容性差，采用一般的共混方法难以达到均匀 分散。因此必须对纳米二氧化硅进行表面处理，使其表面表现为疏水性，然 而这又使得复合材料的制备工艺变得复杂而且成本提高。因此如何实现不需 要进行表面处理就能达到纳米二氧化硅在聚酯基体中的均匀分散的目标，就 成为摆在材料工作者面前的一项重要课题。原位生长法制备聚酯/二氧化硅纳 米杂化材料为实现这个目标提供了一种可能性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚酯/二氧化硅纳米杂化材料的原位生长制备 方法。

本发明的另一目的在于提供由聚酯/二氧化硅纳米杂化材料的原位生长制 备方法获得的聚酯/二氧化硅纳米杂化材料，二氧化硅在聚酯基体中以纳米级 尺寸均匀分散，且纳米二氧化硅的颗粒尺寸可以通过改变反应条件来进行调 控。

本发明的聚酯/二氧化硅纳米杂化材料的原位生长制备方法，是利用聚合 物分子链网络提供的介于纳米尺度与微米尺度之间的受限空间，使得二氧化 硅颗粒在该受限空间内原位生长，而二氧化硅颗粒的表面羟基与聚酯分子链 上酯基的氢键作用使得二氧化硅颗粒稳定存在于受限空间中而不易发生团 聚，从而得到以纳米级尺寸均匀分散的有机无机杂化材料。

本发明的聚酯/二氧化硅纳米杂化材料的原位生长制备方法包括以下步 骤：

1)在适当温度和搅拌状态下，将1～10重量份的正硅酸酯缓慢加入到有机 溶剂中，加料完成后继续搅拌(一般为0.5～3小时)，形成浓度为1～20wt％的 均匀的正硅酸酯溶胶溶液；