[发明专利]一种二氧化硅-乙烯基聚合物纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种二氧化硅‑乙烯基聚合物纳米复合材料及其制备方法和应用，第一步酯交换，第二步酯交换后得到硅单体，向乙烯基单体的预乳化液中滴加硅单体，使硅单体与乙烯基单体共聚，得到分散有硅单体的预乳液，将分散有硅单体的预乳液涂敷在四氟乙烯板上，利用原位生成纳米二氧化硅技术，得到二氧化硅‑乙烯基聚合物纳米复合材料。利用酯交换反应降低有机硅的水解速率，使得改性硅单体与乙烯基类单体进行稳定的共聚反应，有机硅在涂膜的过程中会原位水解，从大分子上脱落，从而团聚形成纳米SiO₂。纳米SiO₂会均匀地分散在膜中，既避免类似物理共混的有机硅向涂膜表面迁移导致的成膜附着力下降，又增加在硬度、韧性、耐热性、延展性上的性能。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，更具体地说涉及一种二氧化硅-乙烯基聚合物纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

无机纳米/聚合物复合材料目前已在光、热、电和磁等方面应用十分广泛，是目前材料科学中十分令人瞩目的研究热点。纳米粒子具有大比表面积，大的表面能，从而能够表现出诸如小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应、量子尺寸效应等区别于微米颗粒的优异物理特性。当将具有各种物理特性的纳米粒子添加到聚合物中，并且在保证这些纳米粒子能均匀分布于聚合物中的前提下，将使聚合物纳米复合介质在宏观上表现出区别与普通聚合物介质的许多特殊性能。

纳米二氧化硅主要的呈现情况，是由无定型的白色粉末，其中分子结构中存有大量不饱和的残键和不同键合状态的羟基，在结构中主要呈现出三维的结构模式，这样的模式可以大大提高材料的硬度和强度。并且尺寸小能够存于高分子键的空隙中，使得复合物的强度、韧性、延展均可以大幅度提高。由于纳米二氧化硅与乙烯基聚合物在结构和性质上的差异，提高二氧化硅-乙烯基聚合物纳米复合复合材料在制备和使用过程中的稳定性成为当今的重点。目前国内外已经作出一系列研究：二氧化硅/乙烯基物理共混相对于化学改性是一种较为简便易行的方法。Michael将甲基三甲氧基硅烷(Methyltrimethoxysilane，MTMS)直接和丙烯酸乳液共混，从而得到了综合性能优异的常温固化涂料(Lutz M A,Polmanteer K E.methyl trimethoxysilane modification of organic latexes-rooms-temperature curable films[J].Coat.Tech,1979:37-43.15)；瞿金清等采用半连续种子乳液聚合工艺，合成含硅溶胶和羟基的丙烯酸酯-苯乙烯共聚物乳液，制备高性能PSE/SiO₂杂化乳液。本发明制备的PSE/SiO₂杂化乳液具有贮存稳定性好，涂膜含硅量高、硬度高、涂膜表面平整、热稳定性好和耐化学品优异的特点(瞿金清,王彩,朱延安.含羟基的苯丙聚合物/SiO₂杂化乳液及其制备方法与应用[P].CN105418820A,2016-03-23.)；芮明功等使用有机硅对硅溶胶进行改性，提高硅溶胶中SiO₂粒子的分散稳定性，同时添加亲水性物质PVA参与苯丙乳液的合成反应，之后对苯丙乳液-硅溶胶复合料进行喷雾干燥，得到核壳复合型可再分散乳胶粉(芮明功.一种聚合物-SiO₂核壳复合型乳胶粉的制备方法[P].安徽：CN107868262A,2018-04-03.)。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种二氧化硅-乙烯基聚合物纳米复合材料及其制备方法和应用，本发明利用纳米二氧化硅在复合物的强度、韧性、延展性方面的应用，发明出一种新的二氧化硅-乙烯基聚合物纳米复合材料化学改性制备方法。利用酯交换反应降低有机硅的水解速率，使得改性硅单体与乙烯基类单体进行稳定的共聚反应，通过原位生成纳米二氧化硅技术，得到二氧化硅-乙烯基聚合物纳米复合材料，这将在在光、热、电和磁等方面有着广泛的应用。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。