[发明专利]一种多金属氧酸盐-聚合物纳米增强复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，涉及一种纳米增强复合材料及其制备方法，特别是一种聚乙二醇修饰的多金属氧酸盐与聚乙二醇组成的纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

复合材料是将具有不同性能的两种或者两种以上的材料，通过物理或者化学方法，在宏观和微观上组成具有多重性能的优异材料。纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分，主要由于体系的分散水平达到纳米级，均匀分散，材料性能优异。

多金属氧酸盐是由前过渡金属原子通过氧配位桥连而成的一类具有确定结构的阴离子单分子簇合物，其中以钒、钼、钨等元素为主要代表。多金属氧酸盐由于其具有良好的性能，在催化、光电、能源、材料、生物、医药等领域均显示出诱人的应用前景，因而备受关注。然而多金属氧酸盐作为一种无机盐，受到其结构和固有性质的束缚，从材料的角度来讲它是一种不易加工的材料，很大程度上限制了其在实际工业上的开发和应用。因此，努力开发新的方法来制备以多金属氧酸盐为主体的材料是非常必要的。聚合物是当代使用最为广泛的有机合成材料，具有易加工、易改性、可溶解性、稳定性好等众多的优点，这些优点可以弥补多金属氧酸盐在实际应用中的不足。

多金属氧酸盐作为无机物与有机物聚合物在性质上有很大的差异，因此有关多金属氧酸盐的复合材料的工作鲜有报道。一个研究组将Keggin型多金属盐酸盐与琼脂糖复合得到柔软的光致敏感膜(Ying Ma et al., Adv. Mater., 21, 1737(2009))，由于直接进行复合，得到复合物若长时间存储易发生宏观相分离。在已经公开的2013100959150号《聚乙二醇化多金属氧酸盐及其制备方法》的发明专利申请中，我们给出了一种采用共价键连接制备多金属氧酸盐-聚合物的制备方法。我们通过共价键的手段对多金属氧酸盐进行有机修饰，改善多金属盐酸盐与聚合物的相容性和稳定性，从而实现纳米复合技术。

发明内容

本发明目的是提供一种简单实用、成本低廉且易于实现工业化生产的多金属氧酸盐-聚合物纳米增强复合材料及制备方法。

本发明采用通过共价键相连的聚乙二醇化多金属氧酸盐杂化物作为分散相与分子量为5000的聚乙二醇作为连续相进行纳米共混，从而得到一种具有纳米增强的复合材料。使用聚乙二醇化多金属氧酸盐提高了多金属氧酸盐与聚合物的相容性和稳定性，在复合材料中添加极少量的多金属盐酸盐时就能表现出优异的功能性。

本发明首先提供了一种多金属氧酸盐-聚合物纳米增强复合材料，所述纳米增强复合材料由聚乙二醇化多金属氧酸盐与聚乙二醇共混而成，其中聚乙二醇化多金属氧酸盐摩尔含量为2～50%，其余组分为聚乙二醇。所述聚乙二醇化的多金属氧酸盐的分子量为10500 g/mol，聚乙二醇的分子量为 5000 g/mol。

所述的纳米增强复合材料是由2维纳米尺寸的片层结构，聚乙二醇的结晶，聚乙二醇化多金属氧酸盐的结晶以及聚乙二醇化多金属氧酸盐和聚乙二醇共同结晶组成。

当温度在60 ℃之上，复合材料的剪切储能模量（G’）为2.7~5.5×10⁵ Pa，随着聚乙二醇化多金属氧酸盐的加入剪切储能模量呈数量级的增加。

 

本发明同时提供了一种多金属氧酸盐-聚合物纳米增强复合材料的制备方法，步骤如下：

第1、前驱溶液的制备

按摩尔配比配置聚乙二醇化多金属氧酸盐和聚乙二醇的固体样品，加入去离子水，所述的固体样品与水的用量比为 0.01~0.05 g/mL，50~80 ℃搅拌充分混合溶解1~4 h，然后在25 ℃恒温退火12~48 h，得到前驱溶液；所述的摩尔配比为聚乙二醇化多金属氧酸盐2~50份，聚乙二醇50~98份；

第2、纳米增强复合材料的制备

将第1步制备的前驱溶液转入聚对苯二甲酸乙二酯（PET）容器中，避光放置；在25 ℃的恒温干燥箱中，在真空度为0.01 MPa下干燥，干燥5~7 d后，将完全干燥后的样品取出，迅速放置液氮中，样品和容器分离。将样品再次放入25 ℃的恒温干燥箱中，在真空度为0.1 MPa下干燥12~48 h，即可制得聚乙二醇化多金属氧酸盐和聚乙二醇的纳米增强复合材料。

纳米增强复合材料性能