一種多巴胺類化合物修飾或包裹納米粒子改性聚合物復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米粒子/聚合物復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種多巴胺類化合物修飾或包裹納米粒子改性聚合物復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)機(jī)-有機(jī)納米復(fù)合材料是指分散相尺寸至少有一維小于10nm量級(jí)的復(fù)合材料。這種復(fù)合材料與常規(guī)的無(wú)機(jī)填料/聚合物材料復(fù)合體系不同，不是無(wú)機(jī)相與有機(jī)相的簡(jiǎn)單混合，而是兩相在納米尺度上復(fù)合而成，兩相界面間存在著較強(qiáng)相互作用(配位鍵、共價(jià)鍵、靜電引力)或弱相互作用(氫鍵、電荷轉(zhuǎn)移作用)。因此無(wú)機(jī)-有機(jī)納米復(fù)合材料不僅具有其它納米材料的納米尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、介電限域效應(yīng)等特性，而且可以將無(wú)機(jī)物的剛性、尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定與有機(jī)聚合物的韌性、易加工性及介電性能綜合在一起，從而產(chǎn)生許多新異的性能，在力學(xué)、熱學(xué)、電子學(xué)、光學(xué)和生物學(xué)等許多領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，因此日益受到各國(guó)科技人員的關(guān)注和重視。
[0003]但由于納米粒子具有高的表面活性和表面能，在高分子聚合物中很容易產(chǎn)生團(tuán)聚，極大影響無(wú)機(jī)-有機(jī)納米復(fù)合材料的性能，而解決這些問(wèn)題的一條重要途徑就是對(duì)其進(jìn)行表面修飾。但是，傳統(tǒng)方法中對(duì)納米粒子的表面修飾及無(wú)機(jī)-有機(jī)納米復(fù)合材料的制備表現(xiàn)出很多難題，如反應(yīng)條件苛刻，設(shè)備成本高，過(guò)程復(fù)雜對(duì)材料本身要求高，且納米粒子在聚合物中分散時(shí)間短，修飾對(duì)象范圍窄，難以規(guī)?；a(chǎn)，使無(wú)機(jī)-有機(jī)納米復(fù)合材料的工業(yè)化應(yīng)用受到極大的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的在于提供一種多巴胺類化合物修飾或包裹納米粒子改性聚合物復(fù)合材料及其制備方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0006]—種多巴胺類化合物修飾或包裹納米粒子改性聚合物復(fù)合材料，其特征在于，由表面被多巴胺類化合物修飾或包裹的納米粒子和高分子聚合物基體組成;所述表面被多巴胺類化合物修飾或包裹的納米粒子均勻分散在高分子聚合物基體中。
[0007]上述方案中，所述多巴胺類化合物為多巴胺、多巴酸、α-甲基多巴胺、多巴胺-醌、多巴、α-甲基多巴、去腎上腺素、屈昔多巴或5-羥基多巴胺。
[0008]上述方案中，所述納米粒子為納米石墨、納米石墨稀、納米類富勒稀、納米M0S2、納米Zr02、納米ZnO、納米Si02、納米SiC和納米AI2O3中的一種或幾種。
[0009]上述方案中，所述高分子聚合物為酚醛樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、氟碳樹(shù)脂和聚脲樹(shù)脂中的一種或幾種。
[0010]上述方案中，所述多巴胺類化合物與納米粒子的質(zhì)量比為0.1?10:1。
[0011]上述方案中，所述表面被多巴胺類化合物修飾或包裹的納米粒子與高分子聚合物基體的質(zhì)量比為0.0l?0.02:1。
[0012]上述多巴胺類化合物修飾或包裹納米粒子改性聚合物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0013](I)多巴胺類化合物修飾或包裹納米粒子:納米粒子在超聲/機(jī)械攪拌的作用下分散在緩沖溶液中，向其中加入多巴胺類化合物，進(jìn)行超聲/機(jī)械攪拌反應(yīng)，然后經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥后，得到表面被多巴胺類化合物修飾或包裹的納米粒子；
[0014](2)高分子聚合物改性反應(yīng):將高分子聚合物完全溶于有機(jī)溶劑中，加入表面被多巴胺類化合物修飾或包裹的納米粒子，超聲/攪拌處理后，真空干燥除去有機(jī)溶劑，即得到多巴胺類化合物修飾或包裹納米粒子改性聚合物復(fù)合材料。
[0015]上述方案中，步驟(I)所述緩沖溶液為T(mén)ris-HCl緩沖液、硼酸-四硼酸鈉緩沖液、甘氨酸-氫氧化鈉緩沖液、四硼酸鈉-氫氧化鈉緩沖液、碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖液、磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液、磷酸氫二鈉-磷酸二氫鉀緩沖液、磷酸二氫鉀-氫氧化鈉緩沖液和巴比妥鈉-鹽酸緩沖液中的一種。
[0016]上述方案中，步驟(I)所述超聲/機(jī)械攪拌反應(yīng)的反應(yīng)溫度為20°C?30°C，反應(yīng)時(shí)間為8h?24h。
[0017]上述方案中，步驟(I)和步驟(2)所述的超聲/機(jī)械攪拌為超聲和攪拌同時(shí)進(jìn)行，所述超聲的功率為500?3000W，超聲的頻率為50KHz?2MHz。
[0018]上述方案中，步驟(2)所述超聲/機(jī)械攪拌處理的時(shí)間為0.5h?Ih;步驟(2)所述真空干燥的溫度為60°C?200°C。
[0019]本發(fā)明的有益效果如下:(1)本發(fā)明采用多巴胺類化合物修飾或包裹納米粒子，多巴胺類化合物可以在納米粒子材料表面自發(fā)聚合形成薄膜，同時(shí)使納米粒子表面接上羥基、氨基等活性較強(qiáng)的官能團(tuán)，可以增加納米粒子在高分子聚合物中的相容性，有利于納米粒子與高分子聚合物基體進(jìn)一步發(fā)生“二次反應(yīng)”；與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)-有機(jī)納米復(fù)合材料相比，本發(fā)明所述復(fù)合材料中，納米粒子的分散性好、穩(wěn)定性好，復(fù)合材料的綜合性能有明顯提高。
(2)本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單易操作，適用面光，可適用于多種納米粒子的表面修飾以及多種高分子聚合物體系的改性。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為多巴胺類化合物修飾前后的納米ZrO2的紅外譜圖。
[0021]圖2為實(shí)施例2、實(shí)施例3制備得到的多巴胺類化合物修飾或包裹納米粒子改性聚合物復(fù)合材料與對(duì)照相比的力學(xué)性能測(cè)試。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0023]實(shí)施例1
[0024]一種多巴胺類化合物修飾或包裹納米粒子改性聚合物復(fù)合材料，通過(guò)如下方法制備得到:(I)將I份(質(zhì)量份)ZrO2納米粒子在超聲/機(jī)械攪拌(超聲的功率為2000W，超聲的頻率為IMHz)的作用下分散在pH = 8.5的Tr i s-HCl緩沖液中，再加入0.1份的多巴酸，室溫下(25°C)，超聲/機(jī)械攪拌(超聲的功率為2000W，超聲的頻率為1MHz)反應(yīng)24h，過(guò)濾、洗滌，干燥，得到多巴酸修飾或包裹的納米Zr02<3(2)將100份的環(huán)氧樹(shù)脂溶于有機(jī)溶劑中，加入多巴胺修飾或包裹的納米ZrO2,超聲/攪拌(超聲的功率為2000W，超聲的頻率為IMHz)處理0.5h，在60°C溫度下，真空干燥，除去有機(jī)溶劑，即可得多巴酸修飾或包裹納米ZrO2改性環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合料。
[0025]本實(shí)施例中，將未改性的納米ZrO2和多巴酸修飾或包裹的納米ZrO2進(jìn)行紅外測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖1，從圖1可以看出:改性后的ZrO2在2925cm—1和2843cm—1處均出-CH2-的吸收峰，未改性前在3423cm—1處為-OH峰，改性后出現(xiàn)3400cm—1和1497cm—1，可能為-NH2的峰，1270cm—1處的峰可能為-C-O，說(shuō)明多巴化合物成功修飾到Zr02納米粒子上。
[0026]實(shí)施例2
[0027]一種多巴胺類化合物修飾或包裹納米粒子改性聚合物復(fù)合材料，通過(guò)如下方法制備得到:(I)將I份的ZnO在超聲/機(jī)械攪拌(超聲的功率為2000W，超聲的頻率為IMHz)的作用下分散在PH=8.5的Tr i s-HCl緩沖液中，再加入1份的多巴酸，室溫下(25°C)，超聲/機(jī)械攪拌(超聲的功率為2000W，超聲的頻率為IMHz)反應(yīng)12h，過(guò)濾、洗滌，干燥，得到多巴酸修飾或包裹的納米ZnO。(2)將100份環(huán)氧樹(shù)脂溶于有機(jī)溶劑中，加入多巴酸修飾或包裹的納米ZnO，超聲/攪拌(超聲的功率為2000W，超聲的頻率為IMHz)處理0.5h，在60°C溫度下，真空干燥，除去有機(jī)溶劑，得到多巴酸修飾或包裹的納米ZnO改性環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。
[0028]實(shí)施例3
[0029]一種多巴胺類化合物修飾或包裹納米粒子改性聚合物復(fù)合材料，通過(guò)如下方法制備得到:(I)將I份的S12在超聲/機(jī)械攪拌(超聲的功率為2000W，超聲的頻率為IMHz)的作用下分散在PH=8.5的Tr i s-HCl緩沖液中，再加入1份的多巴酸，室溫下(25°C)，超聲/機(jī)械攪拌(超聲的功率為2000W，超聲的頻率為IMHz)反應(yīng)12h，過(guò)濾、洗滌，干燥，得到多巴酸修飾或包裹的納米Si02。(2)將100份環(huán)氧樹(shù)脂溶于有機(jī)溶劑中，加入多巴酸修飾或包裹的納米S12,超聲/攪拌(超聲的功率為2000W，超聲的頻率為IMHz)處理0.5h，在60°C溫度下，除去有機(jī)溶劑，得到多巴酸修飾或包裹的納米S12改性環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。
[0030]以環(huán)氧樹(shù)脂、納米ZnO改性的環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料、納米S12改性的環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料為對(duì)照，采用GB/T 2567—2008方法將本發(fā)明實(shí)施例2制備得到的多巴酸修飾或包裹的納米ZnO改性環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料、實(shí)施例3制備得到的多巴酸修飾或包裹的納米S12改性環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料以及對(duì)照進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2，從圖2中可以看出，未經(jīng)表面修飾的ZnO和Si02加入環(huán)氧樹(shù)脂中，由于其自身的納米尺寸容易發(fā)生團(tuán)聚，在復(fù)合材料中