[发明专利]一种采用ATRP技术制备聚羧酸/MMT纳米复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备纳米复合材料的方法，具体涉及一种采用ATRP技术制备聚羧酸/MMT纳米复合材料的方法。

背景技术

因具有较多的羧酸基团，聚羧酸/MMT纳米复合材料除了具有聚合物/MMT纳米复合材料的普遍性能以外，还具有较多的其他作用，如可用于皮革的鞣制，细胞的粘附和生长[Nripen Singh,Xiaofeng Cui,Thomas Boland,Scott M.Husson.Biomaterials,2007,28:763–771]，生物大分子的固定[Sean P.Cullen,Xiaosong Liu,Ian C.Mandel,Franz J.Himpsel,Padma Gopalan.Langmuir,2008,24:913–920]，壳交联胶束的合成[V Bütün,A B Lowe,N C Billingham,S P Armes.Journal of American Chem istry Society,1999,121:4288–4289]，纳米粒子和催化剂的包封[Jian Xu,Dibakar Bhattacharyya.Industrial&Engineering Chemistry Research,2007,46:2348-2359]等。

根据蒙脱土（MMT）在聚羧酸基体中的分散状况及其结构的有序性，聚羧酸与蒙脱土复合后可以形成三种类型的复合材料，即常规相分离复合材料，插层型纳米复合材料和剥离型纳米复合材料。插层型纳米复合材料可以作为各向异性的功能材料，而剥离型纳米复合材料具有很强的增强增韧效应，是理想的强韧型材料。

由于通过常规自由基聚合法制备的聚羧酸/MMT纳米复合材料是一种分子量分布较宽且分子量不可控的混合产物，因此难以得到具有规整结构的单一插层型聚羧酸/MMT纳米复合材料或剥离型聚羧酸/MMT纳米复合材料[Laetitia Urbanczyk,Fred Ngoundjo,Michael Alexandre,ChristineChristophe Detrembleur,Cédric Calberg.European Polymer Journal,2009,45(3):643-648]。

发明内容

本发明提供一种采用ATRP技术制备聚羧酸/MMT纳米复合材料的方法，该方法制备的聚羧酸/MMT纳米复合材料分子量分布窄，结构规整、均一，性能稳定能够实现单一插层型或剥离型纳米复合材料的构筑。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

1）采用固体NaOH或NaOH水溶液将水溶性烯酸类单体水溶液的pH值调节至8.5-9，然后向水溶性烯酸类单体水溶液中加入有机改性蒙脱土、卤化亚铜催化剂以及催化剂配体，再向得到的反应体系所在的容器中通入氮气或惰性气体，使反应体系处于无氧环境；在氮气或惰性气体的保护下，采用水浴将反应体系加热至60-90℃后搅拌反应12-24h，即制得聚羧酸钠/MMT纳米复合材料溶液；其中，水溶性烯酸类单体水溶液中的水溶性烯酸类单体、有机改性蒙脱土、催化剂、催化剂配体的质量比为(10-30):(0.025-0.100):(0.025-0.100):(0.075-0.300)；

2）将聚羧酸钠/MMT纳米复合材料溶液通过强酸性阳离子交换柱进行离子交换，收集液体，烘干，即制得聚羧酸/MMT纳米复合材料。

每10-30g水溶性烯酸类单体溶于20g的蒸馏水中制成水溶性烯酸类单体水溶液。

所述的水溶性烯酸类单体水溶液中的水溶性烯酸类单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、4-戊烯酸或反-2-己烯酸中的一种或多种。

所述的聚羧酸/MMT纳米复合材料中的聚羧酸为均聚聚羧酸或无规共聚聚羧酸。

所述的有机改性蒙脱土是采用2-溴异丁酸-11’-(N,N,N-三甲基溴胺)十一酯或市售的2-溴乙基三甲基溴化铵对蒙脱土改性得到的。

所述的卤化亚铜催化剂为溴化亚铜和/或氯化亚铜。

所述的催化剂配体为2,2’-联吡啶、1,1,4,7,10,10-六甲基三乙烯四、1,4,8,11-四甲基-1,4,8,11-四氮杂环四癸烷、4,4’-二壬基-2,2’-联吡啶、N,N,N',N,'N″-五甲基二亚乙基三胺或三-(N,N-二甲氨基乙基)胺。

所述的有机改性蒙脱土、催化剂和催化剂配体的质量比为1:1:3。

所述向得到的反应体系所在的容器中通入氮气或惰性气体前，将反应体系所在的容器抽成真空。