[发明专利]表面改性纳米粒子的制备方法及其产物的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米粒子表面改性的新方法及其产物的应用，具体地说，涉及一种采用原子转移自由基聚合对纳米粒子表面进行可控改性的方法，属于纳米表面改性技术领域，同时，将前述获得的表面改性纳米粒子应用于丙烯酸酯涂料中，属于涂料制备领域。

背景技术

纳米粒子是指直径在几个到几百个纳米之间的粒子（纳米粒子又称超细微粒），属于胶体粒子大小的范畴。纳米粒子本身具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，因此展现出许多特有的性质，在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等方面有广阔的应用前景。由于无机纳米粒子具有良好的刚性、尺寸稳定性和优异的热稳定性及耐磨性，使其为发展聚合物新材料提供了新的途径。然而纳米粒子巨大的比表面能影响了它在聚合物母体中的分散, 造成了基体与填料之间的界面缺陷, 导致复合材料的性能下降。为此有必要对纳米粒子表面进行修饰, 提高其与聚合物界面的粘接能力。

纳米粒子表面的改性方法有多种，通常是用各种偶联剂，包括硅烷偶联剂和钛酸酯类偶联剂等，对纳米粒子进行表面处理。利用这种方法虽然可以提高纳米粒子在聚合物基体中的有效分散，但不能实现纳米粒子的单一分散。专利CN101177470描述了一种用反向原子转移自由基聚合反应合成的纳米复合粒子的方法，通过表面引发聚合反应制备了良好的有机/无机纳米复合材料，成功地实现了纳米粒子的表面改性，改善了纳米粒子的分散性和稳定性。但是反向原子转移自由基聚合对所接枝的聚合物链段的可控性差。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种表面改性纳米粒子的制备方法，其采用原子转移自由基聚合（Atom Transfer Radical Polymerization, ATRP）的方法对无机纳米粒子表面进行改性，使得纳米粒子表面所接枝的聚合物具有可控性，充分发挥纳米粒子的优点。使其在低添加量的情况下，达到纳米粒子的增强、增韧等功效。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种表面改性纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：（1）室温下，先将纳米粒子溶于由甲苯和异丙醇组成的混合溶剂中，接着加入三乙胺和硅烷化的2-溴异丁酰，以在纳米粒子的表面锚固ATRP的表面引发剂，制备出带有ATRP表面引发剂的纳米粒子，所述硅烷化的2-溴异丁酰含有硅氯键；（2）将步骤（1）所制备出的带有ATRP表面引发剂的纳米粒子分散于异丙醇中，在无氧条件下与甲基丙烯酸酯类单体在催化剂、配位剂的作用下发生ATRP反应，以制备出聚甲基丙烯酸酯类单体接枝改性的无机纳米粒子。

所述纳米粒子为二氟化镁、二氧化硅或二氧化钛。

所述硅烷化的2-溴异丁酰的分子结构式如下：

其中：R取代基为 Cl, CH₃-O-或者C₂H₅-O-; n=6~11。

所述聚甲基丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸甲酯、N,N-二甲基氨基甲基丙烯酸乙酯、聚乙二醇改性的甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸丁酯或者甲基丙烯酸羟乙酯。

所述催化剂为溴化亚铜，氯化亚铜。

所述配位剂为联二吡啶或者五甲基二乙烯三胺。

另外，本发明的另一技术目的是提供一种上述表面改性纳米粒子的制备方法所制备出的聚甲基丙烯酸酯类单体接枝改性的无机纳米粒子的应用，其将聚甲基丙烯酸酯类单体接枝改性的无机纳米粒子应用于丙烯酸酯涂料中。

根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：

本发明采用原子转移自由基聚合的方法对纳米粒子改性，在纳米粒子表面所接枝的丙烯酸酯类聚合物具有可控性，充分发挥纳米粒子的优点，使其在低添加量的情况下，达到纳米粒子的增强、增韧等功效；同时，本发明在纳米粒子表面接枝的丙烯酸酯类聚合物链长分布均匀，提高了该改性纳米粒子在丙烯酸酯涂料中的分散性和稳定性。另外，本发明的ATRP反应在室温下进行，低能环保，符合国家绿色化学的需求。另外，所改性的纳米粒子在丙烯酸酯涂料中具有良好的分散性，提高了涂料的耐磨性，同时保持了涂料的高透明性。

具体实施方式

以下将结合实施例详细地说明本发明的技术方案。

反应原理：