[发明专利]在聚合物中均匀分散纳米粒子的方法

说明书

本发明公开在聚合物中均匀分散纳米粒子的方法，针对纳米粒子的正负性，采用与之相异的单体参与聚合物基体的共聚，以实现聚合同时均匀分散纳米粒子的目的。选用聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯为聚合物基体，纳米银、三氧化二铝、钛酸钡、二氧化钛为纳米粒子，阳离子单体乙烯基苄基二甲基十二烷基氯化铵提供正电荷，阴离子单体马来酸十二醇酯钠盐提供负电荷，均可实现在聚合物中均匀分散纳米粒子。

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，更加具体地说，涉及在聚合物中均匀分散纳米粒子 的方法，涉及多种纳米粒子(如BaTiO3、TiO2、Ag、Al2O3)与多种聚合物(如甲基丙 烯酸甲酯、聚苯乙烯)形成的纳米复合材料，合成了苯乙烯型阳离子单体和马来酸酐型 阴离子单体，通过乳液聚合，制备高分散的聚合物纳米复合材料。

背景技术

聚合物基纳米复合材料是指以聚合物为基体，分散相尺寸至少在一维方向上小于100 nm的复合材料。聚合物基纳米复合材料综合了聚合物与纳米材料的优点，实现了性能上 的优化互补，有着广阔的研究与应用前景。然而，由于纳米粒子粒径小、比表面积大、 表面能大、表面作用强，导致其易团聚，分散性差。目前已报道的纳米粒子表面改性方 法，大多操作复杂，步骤繁琐，给聚合物基纳米复合材料的制备带来不便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供在聚合物中均匀分散纳米粒子的方法， 通过在聚合物基体中共聚阴阳离子单体的方式，实现带有不同电荷纳米粒子的均匀分散。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

在聚合物中均匀分散纳米粒子的方法，使用离子单体同时作为共聚单体和乳化剂， 使用的离子单体在水相中表现出带电性的正负，与纳米粒子在水相中表现出的带电性正 负正好相反，且离子单体具有碳碳双键，能够与聚合物单体在引发剂作用下进行乳液共聚，在这个过程中，离子单体通过静电作用和空间位阻相互作用分散和稳定纳米粒子。

在上述技术方案中，聚合物为聚苯乙烯、或者聚甲基丙烯酸甲酯。

在上述技术方案中，纳米粒子为银、三氧化二铝、二氧化钛或者钛酸钡。

在上述技术方案中，离子单体为乙烯基苄基二甲基十二烷基氯化铵，或者马来酸单 脂肪醇酯钠盐，马来酸十二醇酯钠盐。

在上述技术方案中，引发剂为热引发剂，如偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰或过硫酸钾。

在上述技术方案中，在进行制备时，以离子单体为分散剂，将纳米粒子分散在水溶液中，再加入由聚合物单体和引发剂，形成乳液聚合体系，其中引发剂、纳米粒子和水 组成水相，离子单体和聚合物单体组成油相，将乳液聚合体系升温至引发温度进行乳液 聚合。

在上述技术方案中，优选将离子单体、聚合物单体和引发剂分散在水中，形成预乳液，在乳液聚合过程中将预乳液滴加到乳液聚合体系中，离子单体在预乳液和乳液聚合 体系中的质量比为(40-50):(50-60)，聚合物单体在预乳液和乳液聚合体系中的质量 比为(40-50)：(50-60)，引发剂在预乳液和乳液聚合体系中的质量比为1:1；预乳化 液的滴加时间为1-1.5小时，整个乳液聚合时间为3-3.5小时。

在上述技术方案中，以离子单体为分散剂，将纳米粒子分散在水溶液时，离子单体的浓度为最佳离子单体浓度。

在上述技术方案中，使用动态光散射(DLS)测量不同离子单体浓度下，纳米粒子的动态光散射(DLS)测量的水合动态粒子大小，以水合动态粒子大小(hydrodynamic size)处于最小值，且分散效果PDI能够维持在一个相对低水平的离子单体浓度为最佳离子单 体浓度，即离子单体能够利用其与纳米粒子之间的静电相互作用及长链烷基的空间位阻 相互作用，使纳米粒子均匀分散。