[发明专利]一种有机功能分子接枝的二氧化硅纳米粒子及其制备方法和用途

说明书

本发明属于有机功能分子修饰的二氧化硅领域，涉及一种有机功能分子接枝的二氧化硅纳米粒子及其制备方法和用途，特别是涉及一种带有羧基的受阻酚类抗氧剂接枝的二氧化硅纳米粒子及其制备方法。所述有机功能分子接枝的二氧化硅纳米粒子是将有机功能分子如受阻酚类抗氧剂通过化学键接枝到二氧化硅纳米粒子表面，可以减少有机功能分子如受阻酚类抗氧剂的迁移挥发，提高抗氧剂的耐抽提性能，从而提高抗氧剂的长期抗老化能力。用有机功能分子如受阻酚类抗氧剂对纳米粒子进行接枝改性后，能够有效改善纳米粒子在聚合物基体中的相容性和分散性，提高聚合物材料的综合力学性能。

技术领域

本发明属于有机功能分子修饰的二氧化硅领域，涉及一种带有羧基的有机功能分子接枝的二氧化硅纳米粒子及其制备方法和用途，特别是涉及一种带有羧基的受阻酚类抗氧剂接枝的二氧化硅纳米粒子及其制备方法和用途。

背景技术

纳米二氧化硅具有粒径小、比表面积大、吸附性能强、机械强度高、耐热性好、化学性质稳定、吸收紫外线以及无毒无味等性能特点，因而在聚合物复合材料领域得到了广泛的应用。比如，将纳米二氧化硅加入环氧树脂中，可以缩短其固化时间，降低固化温度，还可以提高环氧树脂的韧性，耐热性和耐磨性。将纳米二氧化硅加入到聚丙烯中，可以提高聚丙烯的模量，强度和热稳定性，还可以提高聚丙烯的结晶度，透气性和阻燃性等性能。工业上也将纳米二氧化硅称为白炭黑，把它加入到橡胶材料中，可以和炭黑一样起到补强，提高耐磨性和抗老化的作用。与炭黑只能用于黑色制品不同，纳米二氧化硅可以用来制造色彩缤纷的橡胶制品，还可以提高橡胶的介电性能。将纳米二氧化硅应用于涂料当中，可以改善涂料的悬浮稳定性，耐候性以及耐洗刷性，还可以赋予涂料防水，抗紫外线等优异性能。

聚合物材料容易发生老化，导致材料力学性能下降，还会带来变色，发粘，透明度下降，绝缘性变差等问题，给实际应用带来困难，还可能埋下安全隐患。通常需要加入抗氧剂来抑制聚合物的老化，延长其使用寿命。传统的小分子抗氧剂分子量较小，容易从聚合物基体内部迁移到基体表面，或被水和其他溶剂从基体中抽提出。将抗氧剂分子接枝到二氧化硅纳米粒子上，不仅可以有效抑制抗氧剂的迁移失效，提高抗氧剂的耐抽提性能，还有助于提高聚合物材料的力学性能。例如，Gao等人将3,5-二叔丁基-4-羟基肉桂酸(AO)先转变为其酰氯然后通过N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂接枝在纳米二氧化硅表面，与AO相比，这种二氧化硅接枝的抗氧剂在低密度聚乙烯中显示出更好的抗氧化效果和耐抽提性(Gao XW,et al.Immobilization of antioxidant on nanosilica and theantioxidative behavior in low density polyethylene.Polymer,2007,48(25):7309-7315)。Li等人以γ-巯丙基三甲氧基硅烷为桥接，将抗氧剂2-(2-羟基-3-叔丁基-5-甲基苄基)-4-甲基-6-叔丁基苯基丙烯酸酯(GM)接枝到二氧化硅表面，发现其可以明显提高天然橡胶的抗老化性能和力学性能(Li HQ,et al.Preparation,structuralcharacterization,and antioxidative behavior in natural rubber of antioxidantgm functionalized nanosilica.Polym Compos,2017,38(7):1241-1247)。虽然目前受阻酚抗氧剂接枝的二氧化硅纳米粒子的研究已经取得了一定的进展，但是由于其合成过程较为复杂，需要进行酰氯化或者采用催化剂，且合成温度较高，能耗和成本都较高。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明的目的是提供一种制备条件温和，操作简单，低成本的带有羧基的有机功能分子接枝的二氧化硅纳米粒子及其制备方法和用途，特别是一种带有羧基的受阻酚类抗氧剂接枝的二氧化硅纳米粒子及其制备方法和用途。这种纳米粒子可以有效提高聚合物材料的抗热氧老化性能。

本发明的目的通过下述技术手段实现。

一种有机功能分子接枝的二氧化硅纳米粒子的制备方法，包含如下步骤：