[发明专利]一种星形硅烷类大分子偶联剂的制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于功能高分子材料领域，特别涉及一种利用原子转移自由基聚合（ATRP）法制备星形结构的硅烷类大分子偶联剂的制备方法和应用。 

背景技术

随着高分子复合材料不断推广和应用，对高分子复合材料的综合性能的要求进一步提高。复合材料体系中决定无机填料填充聚合物复合材料物理力学性能的一个主要因素是无机填料与基体的相容性和界面结合状况。为改善无机填料与基体之间的相容性，需要对无机填料进行表面处理。一般采用硅烷偶联剂等对其表面进行处理的解决方法。偶联剂通常在添加基体料量的0.5%到3%即可使复合材料的物理化学性能得到明显的改善。 

硅烷偶联剂含有活性的硅氧基团，能与无机填料的表面形成牢固的结合并且偶联剂中的有机部分与聚合物基体间产生物理和化学相互作用而达到提高无机物与有机物间的相容性。但是小分子偶联剂在复合材料中所形成的界面层较薄且脆，效果不理想。因此现有的小分子偶联剂已经不能满足复合材料的高性能要求。采用大分子偶联剂时，一方面因无机填料表面的偶联剂分子链与基体的聚合物分子链形成强烈的物理缠绕等相互作用，另一方面通过改变大分子硅烷偶联剂的链结构和组成，可以调节硅烷大分子偶联剂的强度和柔性实现对复合材料中填料与基体之间界面结构的控制和优化，从而达到提高复合材料性能的目的。 

星形聚合物的溶液和本体粘度比相同分子量的线性聚合物要低的多，而且具有高溶解度、低粘滞性和非晶化的特点，其紧密的结构也提供了小的流体力学体积和高密度的功能团分布，通过改变分支度可以很好地控制其物理和化学性质。 

发明内容

本发明的目的在于：提供一种新的星形硅烷类大分子偶联剂聚合物体系的制备方法，本发明采用的技术方案是： 

本发明提供了一种新的星形硅烷类大分子偶联剂，4AP(St-co-BMA-co-KH-570），结构式为 

其中m=100—500，n=60—120，p=50—80。 

上述星形硅烷类大分子偶联剂的制备步骤为： 

（1）将季戊四醇、三乙胺、α-溴代异丁酰溴、溶剂混合，避光反应，后处理，得到星形引发剂PT-Br； 

其中，溶剂为二氯甲烷或者四氢呋喃，季戊四醇与α-溴代异丁酰溴的比值为0.2—0.3g/ml；α-溴代异丁酰溴、三乙胺与溶剂的体积比为1：（0.5—1）：（1.5—2.5）， 

作为优选的操作，先将季戊四醇、三乙胺和部分溶剂搅拌均匀，另外，将α-溴代异丁酰溴和剩余溶剂混合，并至恒压滴液漏斗中，以缓慢滴加的方式加入， 

避光反应的时间为40h—48h，避光反应完成后的后处理为，洗涤、萃取、旋转蒸馏和重结晶，得到星形引发剂PT-Br； 

（2）在氮气环境下，将步骤（1）中得到的星形引发剂，与溴化亚铜、2,2’-联吡啶混合，并加入苯乙烯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH-570）与溶剂，升温反应，得到星形大分子偶联剂， 

其中，溶剂选自甲苯或者苯甲醚，星形引发剂（PT-Br）与苯乙烯的摩尔比为1：100—1：500；甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH-570）、甲基丙烯酸丁酯、苯乙烯与溶剂的体积比为1：10：（20—30）：10； 

作为优选的操作，首先，将干燥的克氏瓶除空气后充满氮气，加入溴化亚铜与2,2’-联吡啶形成黑色粉末，随后加入步骤（1）中得到的星形引发剂，抽真空-通氮气，注入苯乙烯、 甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷与溶剂，密封后放于油浴锅内（油浴温度设定为80—90℃）反应8—10h后，产物用甲醇沉淀，抽滤后，于真空烘箱中干燥，得到星形大分子偶联剂。 

上述的星形大分子偶联剂可作为对无机填料填充聚苯乙烯时，无机填料表面处理剂使用，用量为无机填料重量的0.5—3.0%，较佳的用量为1.5—2.0%， 

上述无机填料为二氧化硅，具体表面处理二氧化硅的方法是：将大分子偶联剂溶解于甲苯中，无机填料二氧化硅在高速混合器内混合，将星形大分子偶联剂溶液缓慢滴加到高速混合器内的无机填料中，滴加时间为10—15分钟，然后将无机填料晾干或在真空烘箱中（110℃）中除去溶剂。 

将处理好的无机填料与聚苯乙烯按一定比例在密炼机上共混后造粒，得到的粒料再经微型注塑机注塑成型。 

本发明的有益效果在于：本专利制备星形大分子偶联剂是结合大分子偶联剂与星形聚合物双重功能，不仅能提高复合材料中填料与基体之间相容性，从而提高复合材料的力学性能，还能提高复合材料的加工流动性。