[发明专利]基于氢键作用的聚甲基丙烯酸甲酯-碳纳米管复合材料及提高其力学性能的方法

说明书

本发明公开了一种基于氢键作用的聚甲基丙烯酸甲酯‑碳纳米管复合材料及提高其力学性能的方法，复合材料以第二单体3‑(异丁烯酰胺)丙基三甲基氯化铵对第一单体甲基丙烯酸甲酯通过悬浮聚合的方式进行共聚，然后碳纳米管与共聚产物实现复合，最后将共聚产物热压成型；甲基丙烯酸甲酯和3‑(异丁烯酰胺)丙基三甲基氯化铵两种单体组成油相，按质量比，甲基丙烯酸甲酯取80～95份，3‑(异丁烯酰胺)丙基三甲基氯化铵取5～20份，碳纳米管的用量为油相质量的0.01～2wt％。本发明选用MPTC和MMA共聚，共聚物分子链通过氢键作用吸附、分散CNTs，实现CNTs在共聚物基体中的均匀分布，通过CNTs与共聚物基体的氢键作用增强界面结合力，解决了PMMA基纳米复合材料在拉伸强度方面存在的问题。

技术领域

本发明属于复合材料领域，更具体地说，涉及一种聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合材料，特别是以PMMA为基体，通过氢键作用填充碳纳米管(CNTs)，以提高PMMA基纳米复合材料的力学性能。

背景技术

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为一种优秀的有机合成材料，因其优异的可加工性被广泛地应用于工业的各个领域中。然而聚甲基丙烯酸甲酯自身的强度较差，在使用过程中容易破碎和断裂，一般做法是加入纳米填料如二氧化硅、碳纤维等，以增强聚甲基丙烯酸甲酯基复合材料的力学强度。由于纳米填料本身易团聚的特性，通常需要对其进行有机改性后才能使用，这使得聚甲基丙烯酸甲酯基纳米复合材料的制备工艺更加复杂，制备过程更加冗长，同时改性剂的添加也可能影响聚甲基丙烯酸甲酯基纳米复合材料的性能。这些副作用对于工业化生产而言，会在很大程度上增加经济成本。

发明内容

本发明的技术目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于氢键作用的聚甲基丙烯酸甲酯-碳纳米管复合材料及提高其力学性能的方法。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种基于氢键作用制备的聚甲基丙烯酸甲酯-碳纳米管复合材料，以第二单体3-(异丁烯酰胺)丙基三甲基氯化铵对第一单体甲基丙烯酸甲酯通过悬浮聚合的方式进行共聚，然后碳纳米管与共聚产物实现复合，最后将共聚产物热压成型；所述的甲基丙烯酸甲酯和3-(异丁烯酰胺)丙基三甲基氯化铵两种单体组成油相，按质量比，所述的甲基丙烯酸甲酯的用量为80～95份，所述的3-(异丁烯酰胺)丙基三甲基氯化铵的用量为5～20份，所述的碳纳米管的用量为油相质量的0.01～2wt％。

提高基于氢键作用的聚甲基丙烯酸甲酯-碳纳米管复合材料力学性能的方法，按照下述步骤进行：

步骤1，在水相中添加质量份数为0.01～2份的碳纳米管，制得均匀分散的悬浮液，将该悬浮液和油相加入反应器中，搅拌，保持惰性气体气氛升温，同时加入引发剂以引发聚合，得到复合物A；

所述的水相与油相的体积比为2.5～4.5；

所述的油相由作为第一单体的甲基丙烯酸甲酯和作为第二单体的3-(异丁烯酰胺)丙基三甲基氯化铵组成，所述的甲基丙烯酸甲酯的质量份数为80～95份，所述的3-(异丁烯酰胺)丙基三甲基氯化铵的质量份数为5～20份；

所述的水相由水、分散剂和表面活性剂组成，其中分散剂的质量份数为2.5～3，表面活性剂的质量份数为0.1～0.15；

所述引发剂的质量份数为0.8～1.8；

步骤2，将步骤1所得的复合物A进行过滤和洗涤，烘干后得到复合物粉末B；

步骤3，将复合物粉末B用热压成型机热压成型，热压条件是：压力5～10MPa，温度170～220℃，时间10～30min。

而且，在步骤1中，优选地，所述的水相与油相的体积比为3～4；所述的甲基丙烯酸甲酯的质量份数为80～90份，所述的3-(异丁烯酰胺)丙基三甲基氯化铵的质量份数为10～15份；所述引发剂的质量份数为0.8～1.2。