專利名稱：聚丙烯腈/二元納米組分復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚合物/納米復(fù)合材料，具體說，涉及一種聚丙烯腈/二元納米組分復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
采用原位聚合方法，引入納米材料對(duì)聚合物進(jìn)行改性，發(fā)揮其在光、電、磁、生物、醫(yī)學(xué)、機(jī)械等方面的獨(dú)特性能，已經(jīng)取得許多研究應(yīng)用成果。常用的無機(jī)納米材料包括硅酸鹽、碳酸鈣、SiO2、TiO2、SiC、Al2O3、云母、絹英粉等。根據(jù)母體樹脂不同，納米復(fù)合材料可分類為納米尼龍、納米聚烯烴、納米聚酯、納米聚甲醛等。世界最早的納米塑料工業(yè)化應(yīng)用，是1991年日本豐田中央研究所和尼龍樹脂廠宇部興產(chǎn)(UBE)公司共同開發(fā)的做汽車定時(shí)器罩用納米尼龍6。它拉開了納米塑料全球化快速發(fā)展的序幕，最近幾年，各國都競(jìng)相投入資金和人力，加大了開發(fā)力度和產(chǎn)業(yè)化步伐。
與原來母體樹脂相比，納米塑料提高了材料的力學(xué)性能和熱性能，摩擦和耐磨損性及耐熱性也得到提高，熱變形溫度可上升幾十度，熱膨脹系數(shù)則下降為原來的一半。其次，納米塑料賦予材料更多、更高的功能性，使材料具有阻隔性、阻燃性，并可改進(jìn)材料的透明性、顏色、導(dǎo)電性和磁性能等，提高材料的阻燃等級(jí)，如使材料對(duì)二氧化碳、氧的透過率降為原來1/2-1/5。因此，人們往往稱這種改性材料為功能性納米塑料。另外，還能提高材料的尺寸穩(wěn)定性。納米塑料的無機(jī)納米粒子加入量小(一般為2～5％)，僅為通常無機(jī)填料改性時(shí)加入量的1/10左右，因而塑料密度幾乎不變或增加很小，不會(huì)因密度增加過多而增加下游塑料加工廠的成本，也沒有因填料過多導(dǎo)致其它性能下降的弊病。
目前，有關(guān)二元納米材料與聚合物復(fù)合的復(fù)合材料未見報(bào)道。本發(fā)明采用原位聚合的方法，將顆粒狀的納米二氧化硅以及層狀納米蒙脫土同時(shí)引入聚丙烯腈基體中，得到聚丙烯腈/二元納米組份復(fù)合材料，該復(fù)合材料與純聚丙烯腈、聚丙烯腈/蒙脫土、聚丙烯腈/二氧化硅單納米組份復(fù)合材料相比，材料的機(jī)械性能得到明顯的提高，而且材料的熱穩(wěn)定性能也更為優(yōu)異。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所說的聚丙烯腈/納米組分復(fù)合材料，其主要由丙烯腈單體與納米組分經(jīng)原位聚合而得，其特征在于，所說的納米組分由納米二氧化硅和納米蒙脫土(montmorillonite)組成，其用量各為0.5～2.5重量分?jǐn)?shù)(以100重量份數(shù)的丙烯腈單體為基準(zhǔn))。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所說的聚丙烯腈/納米組分復(fù)合材料，其由下列主要原料及含量(含量以重量份數(shù)計(jì))丙烯腈單體100乳化劑2～3引發(fā)劑1.5無水醋酸鈉0.8冰醋酸0.5～0.6EDTA 0.1納米二氧化硅 0.5～2.5納米蒙脫土0.5～2.5在40～70℃反應(yīng)3～6小時(shí)，經(jīng)破乳、洗滌、脫水及干燥后獲得；其中所述的引發(fā)劑是焦亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、過硫酸銨和/或過硫酸鉀；所述的乳化劑是十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙基磺酸鈉(AMPS)、壬基苯酚聚氧乙烯醚-10(NP-10)和/或辛基苯酚聚氧乙烯醚-10(OP-10)。
本發(fā)明所說的聚丙烯腈/納米組分復(fù)合材料與“純”聚丙烯腈、丙烯腈/蒙脫土和聚丙烯腈/二氧化硅材料相比，無論是在材料的拉伸強(qiáng)度還是在耐熱性能方面均有顯著的提高。此外，本發(fā)明所說的聚丙烯腈/納米復(fù)合材料還具有制備工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短及成本低等優(yōu)點(diǎn)。
以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，其目的是為更好理解本發(fā)明的內(nèi)容。因此，所舉之例其并不影響本發(fā)明的保護(hù)范圍實(shí)施例一將丙烯腈5克，十二烷基硫酸鈉0.36克，OP-10 0.36克，焦亞硫酸鈉0.15克，無水醋酸鈉0.24克，冰醋酸0.15克，EDTA 0.03克，水200克，0.15克蒙脫土，0.15克二氧化硅加到500ml四口燒瓶中，攪拌充分，而后超聲振蕩30分鐘，接著反應(yīng)器在磁力攪拌下升溫至60℃。達(dá)到反應(yīng)溫度后，用恒壓漏斗均勻流加丙烯腈25克和引發(fā)劑溶液(0.3克過硫酸銨，16克水)。反應(yīng)5小時(shí)結(jié)束，出料，得到白色乳液。乳液用飽和氯化鈉溶液破乳后，洗滌、脫水、干燥，得到聚丙烯腈納米復(fù)合材料。反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為77.30％，該材料降解20％的溫度為310℃，降解40％的溫度為400℃，薄膜拉伸強(qiáng)度12.209MPa。
實(shí)施例二將丙烯腈5克，十二烷基硫酸鈉0.36克，OP-10 0.36克，焦亞硫酸鈉0.15克，無水醋酸鈉0.24克，冰醋酸0.15克，EDTA0.03克，水200克，0.3克蒙脫土，0.3克二氧化硅加到500ml四口燒瓶中，攪拌充分，而后超聲振蕩30分鐘，接著反應(yīng)器在磁力攪拌下升溫至60℃。達(dá)到反應(yīng)溫度后，用恒壓漏斗均勻流加丙烯腈25克和引發(fā)劑溶液(0.3克過硫酸銨，16克水)。反應(yīng)5小時(shí)結(jié)束，出料，得到白色乳液。乳液用飽和氯化鈉溶液破乳后，洗滌、脫水、干燥，得到聚丙烯腈納米復(fù)合材料。反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為66.38％，該材料降解20％的溫度為315℃，降解40％的溫度為400℃，薄膜拉伸強(qiáng)度13.392MPa。
實(shí)施例三將丙烯腈5克，十二烷基硫酸鈉0.36克，OP-10 0.36克，焦亞硫酸鈉0.15克，無水醋酸鈉0.24克，冰醋酸0.15克，EDTA 0.03克，水200克，0.45克蒙脫土，0.45克二氧化硅加到500ml四口燒瓶中，攪拌充分，而后超聲振蕩30分鐘，接著反應(yīng)器在磁力攪拌下升溫至60℃。達(dá)到反應(yīng)溫度后，用恒壓漏斗均勻流加丙烯腈25克和引發(fā)劑溶液(0.3克過硫酸銨，16克水)。反應(yīng)5小時(shí)結(jié)束，出料，得到白色乳液。乳液用飽和氯化鈉溶液破乳后，洗滌、脫水、干燥，得到聚丙烯腈納米復(fù)合材料。反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為55.97％，該材料降解20％的溫度為317℃，降解40％的溫度為410℃，薄膜拉伸強(qiáng)度14.271MPa。
實(shí)施例四將丙烯腈5克，十二烷基硫酸鈉0.36克，OP-10 0.36克，焦亞硫酸鈉0.15克，無水醋酸鈉0.24克，冰醋酸0.15克，EDTA0.03克，水200克，0.6克蒙脫土，0.6克二氧化硅加到500ml四口燒瓶中，攪拌充分，而后超聲振蕩30分鐘，接著反應(yīng)器在磁力攪拌下升溫至60℃。達(dá)到反應(yīng)溫度后，用恒壓漏斗均勻流加丙烯腈25克和引發(fā)劑溶液(0.3克過硫酸銨，16克水)。反應(yīng)5小時(shí)結(jié)束，出料，得到白色乳液。乳液用飽和氯化鈉溶液破乳后，洗滌、脫水、干燥，得到聚丙烯腈納米復(fù)合材料。反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為66.38％，該材料降解20％的溫度為315℃，降解40％的溫度為600℃，薄膜拉伸強(qiáng)度14.062MPa。
實(shí)施例五將丙烯腈5克，十二烷基硫酸鈉0.36克，OP-10 0.36克，焦亞硫酸鈉0.15克，無水醋酸鈉0.24克，冰醋酸0.15克，EDTA 0.03克，水200克，0.75克蒙脫土，0.75克二氧化硅加到500ml四口燒瓶中，攪拌充分，而后超聲振蕩30分鐘，接著反應(yīng)器在磁力攪拌下升溫至60℃。達(dá)到反應(yīng)溫度后，用恒壓漏斗均勻流加丙烯腈25克和引發(fā)劑溶液(0.3克過硫酸銨，16克水)。反應(yīng)5小時(shí)結(jié)束，出料，得到白色乳液。乳液用飽和氯化鈉溶液破乳后，洗滌、脫水、干燥，得到聚丙烯腈納米復(fù)合材料。反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為62.96％，該材料降解20％的溫度318℃，降解40％的溫度為650℃，薄膜拉伸強(qiáng)度14.108MPa。
對(duì)比例一將丙烯腈5克，十二烷基硫酸鈉0.36克，OP-10 0.36克，焦亞硫酸鈉0.15克，無水醋酸鈉0.24克，冰醋酸0.15克，EDTA0.03克，水200克，加到500ml四口燒瓶中，磁力攪拌，并升溫至55℃。達(dá)到反應(yīng)溫度后，用恒壓漏斗均勻流加丙烯腈25克和引發(fā)劑溶液(0.3克過硫酸銨，16克水)。反應(yīng)5小時(shí)結(jié)束，出料，得到白色乳液。乳液用飽和氯化鈉乳液破乳后，洗滌、脫水、干燥，得到聚丙烯腈材料。反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為64.03％，該材料降解20％的溫度為300℃，降解40％的溫度為350℃，薄膜拉伸強(qiáng)度5.173MPa。
對(duì)比例二將丙烯腈5克，十二烷基硫酸鈉0.36克，OP-10 0.36克，焦亞硫酸鈉0.15克，無水醋酸鈉0.24克，冰醋酸0.15克，EDTA 0.03克，水200克，0.75克蒙脫土，加到500ml四口燒瓶中，攪拌充分，而后超聲振蕩60分鐘，接著反應(yīng)器在磁力攪拌下升溫至58℃。達(dá)到反應(yīng)溫度后，用恒壓漏斗均勻流加丙烯腈25克和引發(fā)劑溶液(0.3克過硫酸銨，16克水)。反應(yīng)5小時(shí)結(jié)束，出料，得到白色乳液。乳液用飽和氯化鈉乳液破乳后，洗滌、脫水、干燥，得到聚丙烯腈納米復(fù)合材料。反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為75.70％，該材料降解20％的溫度為310℃，降解40％的溫度為450℃，薄膜拉伸強(qiáng)度10.255MPa。
對(duì)比例三將丙烯腈5克，十二烷基硫酸鈉0.45克，OP-10 0.36克，焦亞硫酸鈉0.15克，無水醋酸鈉0.24克，冰醋酸0.18克，EDTA0.03克，水200克，0.75克二氧化硅加到500ml四口燒瓶中，攪拌充分，而后超聲振蕩60分鐘，接著反應(yīng)器在磁力攪拌下升溫至58℃。達(dá)到反應(yīng)溫度后，用恒壓漏斗均勻流加丙烯腈25克和引發(fā)劑溶液(0.3克過硫酸銨，16克水)。反應(yīng)5小時(shí)結(jié)束，出料，得到白色乳液。乳液用飽和氯化鈉乳液破乳后，洗滌、脫水、干燥，得到聚丙烯腈納米復(fù)合材料。反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為50.60％，該材料降解20％的溫度為310℃，降解40％的溫度為410℃，薄膜拉伸強(qiáng)度10.103MPa。

權(quán)利要求
1.一種聚丙烯腈/納米組分復(fù)合材料，其主要由丙烯腈單體與納米組分經(jīng)原位聚合而得，其特征在于，所說的納米組分由納米二氧化硅和納米蒙脫土組成，以100重量份數(shù)的丙烯腈單體為基準(zhǔn)，其用量各為0.5～2.5重量分?jǐn)?shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所說的復(fù)合材料由下列主要原料丙烯腈單體 100乳化劑 2～3引發(fā)劑 1.5無水醋酸鈉 0.8冰醋酸 0.5～0.6EDTA 0.1納米二氧化硅 0.5～2.5納米蒙脫土 0.5～2.5在40～70℃反應(yīng)3～6小時(shí)，經(jīng)破乳、洗滌、脫水及干燥后獲得；其中所述的引發(fā)劑是焦亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、過硫酸銨和/或過硫酸鉀；所述的乳化劑是十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙基磺酸鈉、壬基苯酚聚氧乙烯醚-10和/或辛基苯酚聚氧乙烯醚-10。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚丙烯腈/納米組分復(fù)合材料，所說的復(fù)合材料主要由丙烯腈單體與納米組分經(jīng)原位聚合而得，其特征在于，所說的納米組分由納米二氧化硅和納米蒙脫土組成，其用量各為0.5～2.5重量分?jǐn)?shù)(以100重量份數(shù)的丙烯腈單體為基準(zhǔn))。本發(fā)明所說的聚丙烯腈/納米組分復(fù)合材料與“純”聚丙烯腈、丙烯腈/蒙脫土和聚丙烯腈/二氧化硅材料相比，無論是在材料的拉伸強(qiáng)度還是在耐熱性能方面均有顯著的提高。此外，本發(fā)明所說的聚丙烯腈/納米復(fù)合材料還具有制備工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短及成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C08K3/36GK1618868SQ200410066738
公開日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2004年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月28日
發(fā)明者林嘉平, 余天石, 許家福 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)