本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，具體涉及一種高介電的硅氧烷接枝的鈦酸鍶鋇/聚偏氟乙烯復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

多面體低聚倍半硅氧烷(polyhedraloligomericsilsesquioxane，poss)是一類特殊的倍半硅氧烷，分子為(rsio1.5)n，其結(jié)構(gòu)通常由六面體籠形的si-o-si無機(jī)內(nèi)核和頂點(diǎn)的8個(gè)有機(jī)取代基r組成，其中r可以是一個(gè)或多個(gè)有機(jī)官能團(tuán)，是一種真正意義上的分子納米雜化化合物。這種新型的雜化材料不僅具備高分子材料的韌性、成本低以及良好加工性，同時(shí)又具有無機(jī)材料的強(qiáng)度高、不易氧化、耐高溫、力學(xué)性能好等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。目前，利用poss作為納米構(gòu)件制備新型有機(jī)-無機(jī)雜化材料已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)，引入poss可提高材料的熱穩(wěn)定性，改善機(jī)械性能和其它物理性能。

作者唐威等人在《環(huán)氧基倍半硅氧烷的合成與表征》一文中，以乙烯基三氯硅烷經(jīng)水解縮合，先制備八乙烯基多面體倍半硅氧烷，然后以過氧乙酸直接氧化乙烯官能團(tuán)制得環(huán)氧基多面體倍半硅氧烷。采用此種方法制備得到的環(huán)氧基多面體倍半硅氧烷，平均每個(gè)多面體倍半硅氧烷只能帶有3-4個(gè)環(huán)氧基，且環(huán)氧基的相對(duì)位置不固定，得到的是帶有不同個(gè)數(shù)和不同位置環(huán)氧基的多面體倍半硅氧烷。而且此種方法得到的環(huán)氧基直接連載多面體倍半硅氧烷的骨架si上，由于位阻較大，反應(yīng)活性大大降低，影響其使用性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種目前鈦酸鍶鋇在偏氟乙烯中分散性差的問題的高介電的硅氧烷接枝的鈦酸鍶鋇/聚偏氟乙烯復(fù)合材料及其制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種高介電的硅氧烷接枝的鈦酸鍶鋇/聚偏氟乙烯復(fù)合材料，其特征在于，首先以乙烯基三氯硅烷水解縮合得到八乙烯基多面體倍半硅氧烷；八乙烯基多面體倍半硅氧烷的乙烯基與烯丙基縮水甘油醚的烯丙基催化聚合反應(yīng)，得到環(huán)氧基多面體倍半硅氧烷；再在超聲震蕩和熱聯(lián)合作用下將所合成的環(huán)氧基多面體倍半硅氧烷接枝包覆batio3粉體；最后將聚偏氟乙烯和聚丙烯在流變儀中進(jìn)行混煉，填充接枝后batio3粉體，硫化壓片，得到高介電的硅氧烷接枝的鈦酸鍶鋇/聚偏氟乙烯復(fù)合材料。

所述的高介電的硅氧烷接枝的鈦酸鍶鋇/聚偏氟乙烯復(fù)合材料，其特征在于，其由如下步驟制備而成：

（1）將乙烯基三氯硅烷與丙酮按質(zhì)量比為1：10-12的比例加入到反應(yīng)容器中，機(jī)械攪拌使其混合均勻，以30-40滴/min的速率緩慢滴加相當(dāng)于丙酮重量份35-45%的去離子水，40-45℃恒溫冷凝回流60-72h，抽濾，丙酮洗滌3-4次，再采用四氫呋喃與甲醇體積比為1：2-3配置的混合溶液重結(jié)晶，60-65℃真空干燥20-24h，得到八乙烯基多面體倍半硅氧烷；

（2）將步驟（1）的產(chǎn)物、烯丙基縮水甘油醚和甲苯按質(zhì)量比1：1.2-1.3：8-10加入反應(yīng)容器中，通氮?dú)?0-40min排除氧氣并混合攪拌均勻，加入催化劑2，2′-偶氮二異丁腈和助催化劑乙酰基丙酮酸鉻，繼續(xù)混合攪拌均勻，升溫至60-70℃，恒溫磁力攪拌冷凝回流12-15h，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，60-65℃真空干燥，得到環(huán)氧基多面體倍半硅氧烷；

（3）將batio3粉體加入到步驟（2）的產(chǎn)物、鈦酸酯偶聯(lián)劑ndz101、鈦酸丁酯和石油醚配置的溶液中，超聲震蕩30-40min，升高溫度至50-60℃，恒溫磁力攪拌5-6h，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去石油醚，再在烘箱中干燥至恒重，得到環(huán)氧基多面體倍半硅氧烷接枝包覆的batio3粉體；其中batio3粉體、步驟（2）的產(chǎn)物、鈦酸酯偶聯(lián)劑ndz101、鈦酸丁酯和石油醚的質(zhì)量比為1：0.4-0.5：0.3-0.4：0.6-0.8：8-10；

（4）將聚偏氟乙烯和聚丙烯以3-4：1的質(zhì)量比加入到加入轉(zhuǎn)矩流變儀中進(jìn)行混煉至充分熔融，加入步驟（3）的產(chǎn)物和聚乙烯蠟，繼續(xù)混煉10-15min，在平板硫化機(jī)上硫化壓制成片，得到高介電的硅氧烷接枝的鈦酸鍶鋇/聚偏氟乙烯復(fù)合材料。其中步驟（3）的產(chǎn)物：聚乙烯蠟：聚偏氟乙烯的質(zhì)量比為1：0.5-0.6：14-16。

所述的高介電的硅氧烷接枝的鈦酸鍶鋇/聚偏氟乙烯復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于，所述的batio3粉體為預(yù)先研磨粉碎至平均粒徑為80-100nm。

所述的高介電的硅氧烷接枝的鈦酸鍶鋇/聚偏氟乙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟（4）中聚偏氟乙烯在流變儀中混煉溫度為180-200℃，加入步驟（3）的產(chǎn)物后，混煉溫度升高至200-220℃。

采用上述的技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明以乙烯基三氯硅烷水解縮合得到八乙烯基多面體倍半硅氧烷；八乙烯基多面體倍半硅氧烷的乙烯基與烯丙基縮水甘油醚的烯丙基催化聚合反應(yīng)，得到環(huán)氧基多面體倍半硅氧烷；此種方法得到是全部環(huán)氧基多面體倍半硅氧烷，而且環(huán)氧基與多面體倍半硅氧烷的骨架si之間通過一定長度的柔性鏈相連，位阻較小，環(huán)氧基的反應(yīng)活性較高。本發(fā)明在超聲震蕩和熱聯(lián)合作用下將所合成的環(huán)氧基多面體倍半硅氧烷接枝包覆batio3粉體，不僅能解決了batio3粉體在聚合物基體中分散性較差的問題；而且引入鍵能較大的si-o鍵和si-c鍵及環(huán)氧基多面體倍半硅氧烷分子中龐大的多面體結(jié)構(gòu)，而且環(huán)氧基多面體倍半硅氧烷與聚偏氟乙烯局部交聯(lián)，均會(huì)阻礙分子鏈的運(yùn)動(dòng)和小分子的逸出，有效的提高了復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和彈性模量。聚偏氟乙烯具有強(qiáng)壓電熱電性，聲阻抗與液體、生物體聲阻抗相匹配，電聲響應(yīng)頻率曲線平滑，信噪比高，化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，batio3具有很高的介電性、較強(qiáng)的壓電性和大的機(jī)電耦合系數(shù)，將兩者復(fù)合所得的的復(fù)合材料具有高介電常數(shù)、低介電損耗。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例的高介電的硅氧烷接枝的鈦酸鍶鋇/聚偏氟乙烯復(fù)合材料，其由如下步驟制備而成：

（1）將乙烯基三氯硅烷與丙酮按質(zhì)量比為1：12的比例加入到反應(yīng)容器中，機(jī)械攪拌使其混合均勻，以40滴/min的速率緩慢滴加相當(dāng)于丙酮重量份35-45%的去離子水，45℃恒溫冷凝回流72h，抽濾，丙酮洗滌3次，再采用四氫呋喃與甲醇體積比為1：3配置的混合溶液重結(jié)晶，65℃真空干燥24h，得到八乙烯基多面體倍半硅氧烷；

（2）將步驟（1）的產(chǎn)物、烯丙基縮水甘油醚和甲苯按質(zhì)量比1：1.3：10加入反應(yīng)容器中，通氮?dú)?0min排除氧氣并混合攪拌均勻，加入催化劑2，2′-偶氮二異丁腈和助催化劑乙?；徙t，繼續(xù)混合攪拌均勻，升溫至70℃，恒溫磁力攪拌冷凝回流15h，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，65℃真空干燥，得到環(huán)氧基多面體倍半硅氧烷；

（3）將batio3粉體加入到步驟（2）的產(chǎn)物、鈦酸酯偶聯(lián)劑ndz101、鈦酸丁酯和石油醚配置的溶液中，超聲震蕩40min，升高溫度至60℃，恒溫磁力攪拌6h，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去石油醚，再在烘箱中干燥至恒重，得到環(huán)氧基多面體倍半硅氧烷接枝包覆的batio3粉體；其中batio3粉體、步驟（2）的產(chǎn)物、鈦酸酯偶聯(lián)劑ndz101、鈦酸丁酯和石油醚的質(zhì)量比為1：0.5：0.4：0.6：10；

（4）將聚偏氟乙烯和聚丙烯以4：1的質(zhì)量比加入到加入轉(zhuǎn)矩流變儀中進(jìn)行混煉至充分熔融，加入步驟（3）的產(chǎn)物和聚乙烯蠟，繼續(xù)混煉15min，在平板硫化機(jī)上硫化壓制成片，得到高介電的硅氧烷接枝的鈦酸鍶鋇/聚偏氟乙烯復(fù)合材料。其中步驟（3）的產(chǎn)物：聚乙烯蠟：聚偏氟乙烯的質(zhì)量比為1：0.6：16。

本實(shí)施例的batio3粉體為預(yù)先研磨粉碎至平均粒徑為80nm。

本實(shí)施例的步驟（4）中聚偏氟乙烯在流變儀中混煉溫度為200℃，加入步驟（3）的產(chǎn)物后，混煉溫度升高至220℃。