專利名稱：高分子量聚苯乙烯-馬來酸酐/凹凸棒石納米復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)高分子/無機(jī)納米復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
聚合物/硅酸鹽納米復(fù)合材料是層狀硅酸鹽與有機(jī)高分子以某種形式形成的
硅酸鹽以納米級分散在聚合物中的復(fù)合材料。它的歷史可以追溯到1987年，曰 本豐田首次制造了尼龍6/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料。由于這類材料具有優(yōu)越的 力學(xué)性能、阻燃性能、耐熱性能等，因此，受到了全世界科研人員的廣泛關(guān)注， 并獲得了巨大發(fā)展，現(xiàn)在這類產(chǎn)品有的已經(jīng)商業(yè)化。
由于硅酸鹽層間距僅1納米級，硅酸鹽層間有許多可交換的無機(jī)陽離子， 層內(nèi)還有一定數(shù)量的羥基，因此，天然的層狀硅酸鹽表面表現(xiàn)出親水性而難以 直接將疏水的單體或有機(jī)高分子插層進(jìn)入到硅酸鹽片層間，制備這類產(chǎn)品之前 必須對天然層狀硅酸鹽進(jìn)行有機(jī)化處理。
凹凸棒石是一種鎂鋁硅酸鹽結(jié)晶水合物具有獨(dú)特的三維空間結(jié)構(gòu)和纖維形 態(tài)。它的理想結(jié)構(gòu)早在1940年就被研究。它結(jié)構(gòu)中有區(qū)別的特征是Si-O四面 體形成的長帶，每一個單元尺寸在氧薄片交替?zhèn)刃纬梢?guī)律的起伏Si-O結(jié)構(gòu)形式。 礦物的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致類似沸石的通路寬度分別近似為3.7x6.0和5.6x11.0 A。由于它 的結(jié)構(gòu)形態(tài)，在作為粘土表面有機(jī)物吸附時已經(jīng)得到了相當(dāng)大的關(guān)注，但是關(guān) 于它在納米復(fù)合材料中應(yīng)用的報道很少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高透明、耐高溫的聚合物/硅酸鹽納米復(fù)合材料及 其制備方法。
本發(fā)明是高分子量聚苯乙烯-馬來酸酐/凹凸棒石納米復(fù)合材料及其制備方
法，在聚苯乙烯-馬來酸酐高聚物的連續(xù)相中分散著納米凹凸棒石為無機(jī)相，其
中無機(jī)相的重量百分比為1~30%。凹凸棒石粉體的尺寸在40 250nm之間。 聚苯乙烯-馬來酸酐高聚物為無規(guī)共聚物，分子量在10 0000以上。 其制備方法的步驟為以下份數(shù)均按重量計
將100份的馬來酸軒和1.0 30份的經(jīng)過表面活性劑修飾的有機(jī)化凹凸棒石 分散于80 500份的溶劑中，高速攪拌，形成穩(wěn)定均句的懸浮體系，再將其加入 到含有自由基引發(fā)劑的100 150份苯乙烯單體中，高速攪拌下，升高溫度引發(fā) 反應(yīng)，在60 8CTC快速引發(fā)反應(yīng)，在60 11CTC之間，攪拌反應(yīng)2 4小時，然 后將聚合物溶液倒入1000-5000份的沉淀劑中沉淀，過濾并洗滌沉淀物，干 燥，粉碎，得白色粉末產(chǎn)品。
本發(fā)明中由于釆用有機(jī)化凹凸棒石為無機(jī)相，其與馬來酸酐的氫鍵較強(qiáng)， 可以吸附在其表面上，再與苯乙烯進(jìn)行原位聚合后，得到的聚苯乙烯-馬來酸酐/ 凹凸棒石納米復(fù)合材料中無機(jī)相的分散性好，具有很好的耐高溫性，其玻璃化 溫度可比基體提高18。C左右，復(fù)合材料的熱分解溫度提高5CTC以上。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是高分子量聚苯乙烯-馬來酸酐/凹凸棒石納米復(fù)合材料及其制備方 法，在聚苯乙烯-馬來酸酐高聚物的連續(xù)相中分散著納米凹凸棒石為無機(jī)相，其
中無機(jī)相的重量百分比為1~30%。凹凸棒石粉體的尺寸在40 250nm之間。 聚苯乙烯-馬來酸酐高聚物為無規(guī)共聚物，分子量在10 0000以上。 其制備方法的步驟為以下份數(shù)均按重量計
將100份的馬來酸酐和1.0 30份的經(jīng)過表面活性劑修飾的有機(jī)化凹凸棒石 分散于80 500份的溶劑中，高速攪拌，形成穩(wěn)定均勻的懸浮體系，再將其加入 到含有自由基引發(fā)劑的100 150份苯乙烯單體中，高速攪拌下，升高溫度引發(fā) 反應(yīng)，在60 80。C快速引發(fā)反應(yīng)，在60 110。C之間，攪拌反應(yīng)2 4小時，然 后將聚合物溶液倒入1000-5000份的沉淀劑中沉淀，過濾并洗滌沉淀物，干 燥，粉碎，得白色粉末產(chǎn)品。
以上所述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化胺、十六烷基氯化吡啶。引發(fā)
劑為過硫酸銨、過硫酸鉀和過氧化苯甲酰。溶劑為環(huán)己酮。沉淀劑選自乙醇等 醇類有機(jī)物。
以下為6個具體的實(shí)施例
實(shí)施例1
將10g馬來酸酐和1g經(jīng)十六烷基三甲基溴化胺修飾的有機(jī)化凹凸棒石分散 于50ml的溶劑中形成懸浮體系，高速攪拌，在5(TC時，將該懸浮體系緩慢滴 加到含有自由基引發(fā)劑過硫酸銨0.05g的10g苯乙悌單體中，并實(shí)施高速攪拌； 然后升高溫度至65'C快速引發(fā)反應(yīng)，使之聚合1小時，繼續(xù)升溫至9(TC,撹拌 反應(yīng)2小時，然后將聚合物溶液倒入100ml的乙醇中沉淀，過濾并洗滌沉淀物， 6CTC下真空干燥以除去未反應(yīng)的苯乙烯和殘留溶劑，粉碎，得白色粉末產(chǎn)品。
實(shí)施例2
將10g馬來酸酐和1.5g經(jīng)十六烷基三甲基溴化胺修飾的有機(jī)化凹凸棒石分 散于75ml的溶劑中形成懸浮體系，高速攪拌，在5CTC時，將該懸浮體系緩慢 滴加到含有自由基引發(fā)劑過硫酸鉀0.05g的10g苯乙烯單體中，并實(shí)施高速攪 拌；然后升高溫度至7CTC快速引發(fā)反應(yīng)，使之聚合1小時，繼續(xù)升溫至95。C， 攪拌反應(yīng)2小時，然后將聚合物溶液倒入100ml的甲醇中沉淀，過濾并洗滌沉 淀物，6(TC下真空干燥以除去未反應(yīng)的苯乙烯和殘留溶劑，粉碎，得白色粉末 產(chǎn)品。
實(shí)施例3
將10g馬來酸酐和1.0g經(jīng)十六烷基氯化吡啶修飾的有機(jī)化凹凸棒石分散于 50ml的溶劑中形成懸浮體系，高速攪拌，在50'C時，將該懸浮體系緩慢滴加到 含有自由基引發(fā)劑過硫酸鉀0.05g的12g苯乙烯單體中，并實(shí)施高速攪拌；然 后升高溫度至65。C快速引發(fā)反應(yīng)，使之聚合1小時，繼續(xù)升溫至10(TC,攪拌 反應(yīng)2小時，然后將聚合物溶液倒入100ml的乙醇中沉淀，過濾并洗滌沉淀物， 6CTC下真空干燥以除去未反應(yīng)的苯乙烯和殘留溶劑，粉碎，得白色粉末產(chǎn)品。
實(shí)施例4
將10g馬來酸酐和1.5g經(jīng)十六烷基氯化吡啶修飾的有機(jī)化凹凸棒石分散于
75ml的溶劑中形成懸浮體系，高速攪拌，在50'C時，將該懸浮體系緩慢滴加到 含有自由基引發(fā)劑過硫酸銨0.05g的12g苯乙烯單體中，并實(shí)施高速攪拌；然 后升高溫度至65'C快速引發(fā)反應(yīng)，使之聚合1小時，繼續(xù)升溫至9CTC，攪拌反 應(yīng)2.5小時，然后將聚合物溶液倒入120ml的乙醇中沉淀，過濾并洗滌沉淀物，
6crc下真空干燥以除去未反應(yīng)的苯乙烯和殘留溶劑，粉碎，得白色粉末產(chǎn)品。
實(shí)施例5
將10g馬來酸酐和3.0g經(jīng)十六烷基氯化吡啶修飾的有機(jī)化凹凸棒石分散于 100ml的溶劑中形成懸浮體系，高速攪拌，在5CTC時，將該懸浮體系緩慢滴加 到含有自由基引發(fā)劑過硫酸銨0.1g的14g苯乙烯單體中，并實(shí)施高速攪拌；然 后升高溫度至65'C快速引發(fā)反應(yīng)，使之聚合1小時，繼續(xù)升溫至10CTC，攪拌 反應(yīng)2.0小時，然后將聚合物溶液倒入150ml的乙醇中沉淀，過濾并洗滌沉淀
物，6crc下真空干燥以除去未反應(yīng)的苯乙烯和殘留溶劑，粉碎，得白色粉末產(chǎn)品。
實(shí)施例6
將10g馬來酸酐和3.0g經(jīng)十六烷基三甲基溴化胺修飾的有機(jī)化凹凸棒石分 散于100ml的溶劑中形成懸浮體系，高速攪拌，在5CTC時，將該懸浮體系緩慢 滴加到含有自由基引發(fā)劑過硫酸銨0.1g的14g苯乙烯單體中，并實(shí)施高速攪拌；
然后升高溫度至7crc快速引發(fā)反應(yīng)，使之聚合1小時，繼續(xù)升溫至iicrc,攪
拌反應(yīng)1.5小時，然后將聚合物溶液倒入150ml的甲醇中沉淀，過濾并洗滌沉
淀物，6crc下真空干燥以除去未反應(yīng)的苯乙烯和殘留溶劑，粉碎，得白色粉末 產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1、高分子量聚苯乙烯-馬來酸酐/凹凸棒石納米復(fù)合材料，其特征在于在聚苯乙烯-馬來酸酐高聚物的連續(xù)相中分散著納米凹凸棒石為無機(jī)相，其中含無機(jī)相的重量百分比為1～30％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子量聚苯乙烯-馬來酸酐/凹凸棒石納米復(fù)合材料, 其特征在于凹凸棒石粉體的尺寸在40 ~ 250nm之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子量聚苯乙烯-馬來酸酐/凹凸棒石納米復(fù)合材料， 其特征在于聚苯乙烯-馬來酸酐高聚物為無規(guī)共聚物，分子量在10 0000以上。
4、 高分子量聚苯乙烯-馬來酸酐/凹凸棒石納米復(fù)合材料的制備方法，以下份數(shù) 均按重量計，其步驟為將100份的馬來酸酐和1.0 30份的經(jīng)過表面活性劑修飾的有機(jī)化凹凸棒石 分散于80 500份的溶劑中，高速攪拌，形成穩(wěn)定均句的懸浮體系，再將其加入 到含有自由基引發(fā)劑的100 150份苯乙烯單體中，高速攪拌下，升高溫度引發(fā) 反應(yīng)，在60 80。C快速引發(fā)反應(yīng)，在60 110C之間，攪拌反應(yīng)2 4小時，然 后將聚合物溶液倒入1000-5000份的沉淀劑中沉淀，過濾并洗滌沉淀物，干 燥，粉碎，得白色粉末產(chǎn)品。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高分子量聚苯乙烯-馬來酸酐/凹凸棒石納米復(fù)合材料 的制備方法，其特征在于表面活性劑為十六烷基三甲基溴化胺、十六烷基氯化 吡嚏。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高分子量聚苯乙烯-馬來酸酐/凹凸棒石納米復(fù)合材料 的制備方法，其特征在于引發(fā)劑為過硫酸銨、過硫酸鉀和過氧化苯甲酰。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的高分子量聚苯乙烯-馬來酸酐/凹凸棒石納米復(fù)合 材料的制備方法，其特征在于溶劑為環(huán)己酮。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4或5的所述的高分子量聚苯乙烯-馬來酸酐/凹凸棒石納米復(fù) 合材料的制備方法，其特征在于沉淀劑選自乙醇等醇類有機(jī)物。
全文摘要
高分子量聚苯乙烯-馬來酸酐/凹凸棒石納米復(fù)合材料及其制備方法，在聚苯乙烯-馬來酸酐高聚物的連續(xù)相中分散著納米凹凸棒石為無機(jī)相，其中無機(jī)相的重量百分比為1～30％；其制備步驟為將100份的馬來酸酐和1.0～30份的經(jīng)過表面活性劑修飾的有機(jī)化凹凸棒石分散于80～500份的溶劑中，高速攪拌，形成穩(wěn)定均勻的懸浮體系，再將其加入到含有自由基引發(fā)劑的100～150份苯乙烯單體中，高速攪拌下，升高溫度引發(fā)反應(yīng)，在60～80℃快速引發(fā)反應(yīng)，在60～110℃之間，攪拌反應(yīng)2～4小時，然后將聚合物溶液倒入1000～5000份的沉淀劑中沉淀，過濾并洗滌沉淀物，干燥，粉碎，得白色粉末產(chǎn)品。
文檔編號C08L25/08GK101190990SQ20071001774
公開日2008年6月4日 申請日期2007年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月19日
發(fā)明者馮輝霞, 周應(yīng)萍, 張建強(qiáng), 戚紅華, 毅 王, 趙亞彬, 雒和明 申請人:蘭州理工大學(xué)