[发明专利]聚甲基丙烯酸甲酯-马来酸脂肪醇酯钠盐-三氧化二铝纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供聚甲基丙烯酸甲酯‑马来酸脂肪醇酯钠盐‑三氧化二铝纳米复合材料及其制备方法，以PMMA和马来酸脂肪醇酯钠盐为共聚单体，马来酸脂肪醇酯钠盐作为乳化剂，加入引发剂，制备预乳化液；以马来酸脂肪醇酯钠盐为分散剂，将纳米Al₂O₃预分散于水溶液中，向上述分散液中加入PMMA，形成乳液聚合体系；将乳液聚合体系升温至引发温度后，加入引发剂，聚合反应过程中，将步骤1制备的预乳化液逐步滴加入乳液聚合体系中，充分反应，得到聚甲基丙烯酸甲酯‑马来酸脂肪醇酯钠盐‑三氧化二铝共聚物乳液。在共聚物乳液和共聚物微球粉末中，三氧化二铝均为纳米级分散，分散状态均匀且稳定，解决了聚甲基丙烯酸甲酯‑三氧化二铝复合材料中纳米粒子的严重团聚问题。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，更具体地说涉及一种聚甲基丙烯酸甲酯-马来酸脂肪醇酯钠盐-三氧化二铝纳米复合材料及其制备方法，以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为基材，通过阴离子单体马来酸十二醇酯钠盐(MAMS)通过静电相互作用和空间位阻相互作用分散和稳定三氧化二铝(Al₂O₃)纳米粒子，制备高分散的PMMA基纳米复合材料。

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100nm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

本发明克服了现有技术中的不足，以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为基材，采用乳液聚合的方法制备PMMA基纳米复合材料，目的是用一种简单、高效、环保的方法将Al₂O₃纳米粒子分散于聚合物基体中，制备高分散纳米复合材料。本发明开环反应合成阴离子单体马来酸十二醇酯钠盐(MAMS)。该阴离子单体既能作为分散剂，实现纳米粒子在水相和聚合物相中的均匀分散，又能作为可聚合乳化剂，参与乳液聚合过程。一方面，阴离子单体通过静电相互作用和空间位阻相互作用分散和稳定纳米粒子，该分散过程在水中进行，操作简单，无需对纳米粒子进行复杂冗长的接枝改性即可实现纳米级别的分散效果；另一方面，阴离子单体作为可聚合乳化剂，可在聚合反应后期参与反应，避免了向体系中引入新的成分，乳液反应后无需破乳即可获得稳定的聚合微球乳液，是一种绿色环保的新型乳化剂。该方法可以用于制备高分散的聚甲基丙烯酸甲酯-马来酸十二醇酯钠盐-三氧化二铝(P(MMA-co-MAMS)/Al₂O₃)纳米复合材料。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

聚甲基丙烯酸甲酯-马来酸脂肪醇酯钠盐-三氧化二铝纳米复合材料及其制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1，以甲基丙烯酸甲酯和马来酸脂肪醇酯钠盐为共聚单体，马来酸脂肪醇酯钠盐同时作为乳化剂，加入引发剂，制备预乳化液，其中，油相由甲基丙烯酸甲酯和马来酸脂肪醇酯钠盐组成，水相由水和引发剂组成；

步骤2，以马来酸脂肪醇酯钠盐为分散剂，将纳米三氧化二铝预分散于水溶液中，得到三氧化二铝纳米粒子分散液后，向上述分散液中加入甲基丙烯酸甲酯，形成乳液聚合体系，其中，油相由甲基丙烯酸甲酯和马来酸脂肪醇酯钠盐组成，水相由水和纳米三氧化二铝组成；

步骤3，将上述乳液聚合体系升温至引发剂的引发温度后，加入引发剂以引发聚合，在聚合反应过程中，将步骤1制备的预乳化液逐步滴加入乳液聚合体系中，充分反应，得到聚甲基丙烯酸甲酯-马来酸脂肪醇酯钠盐-三氧化二铝共聚物乳液。