专利名称：聚丙烯腈/二元纳米组分复合材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种聚合物/纳米复合材料，具体说，涉及一种聚丙烯腈/二元纳米组分复合材料。
背景技术：
采用原位聚合方法，引入纳米材料对聚合物进行改性，发挥其在光、电、磁、生物、医学、机械等方面的独特性能，已经取得许多研究应用成果。常用的无机纳米材料包括硅酸盐、碳酸钙、SiO2、TiO2、SiC、Al2O3、云母、绢英粉等。根据母体树脂不同，纳米复合材料可分类为纳米尼龙、纳米聚烯烃、纳米聚酯、纳米聚甲醛等。世界最早的纳米塑料工业化应用，是1991年日本丰田中央研究所和尼龙树脂厂宇部兴产(UBE)公司共同开发的做汽车定时器罩用纳米尼龙6。它拉开了纳米塑料全球化快速发展的序幕，最近几年，各国都竞相投入资金和人力，加大了开发力度和产业化步伐。
与原来母体树脂相比，纳米塑料提高了材料的力学性能和热性能，摩擦和耐磨损性及耐热性也得到提高，热变形温度可上升几十度，热膨胀系数则下降为原来的一半。其次，纳米塑料赋予材料更多、更高的功能性，使材料具有阻隔性、阻燃性，并可改进材料的透明性、颜色、导电性和磁性能等，提高材料的阻燃等级，如使材料对二氧化碳、氧的透过率降为原来1/2-1/5。因此，人们往往称这种改性材料为功能性纳米塑料。另外，还能提高材料的尺寸稳定性。纳米塑料的无机纳米粒子加入量小(一般为2～5％)，仅为通常无机填料改性时加入量的1/10左右，因而塑料密度几乎不变或增加很小，不会因密度增加过多而增加下游塑料加工厂的成本，也没有因填料过多导致其它性能下降的弊病。
目前，有关二元纳米材料与聚合物复合的复合材料未见报道。本发明采用原位聚合的方法，将颗粒状的纳米二氧化硅以及层状纳米蒙脱土同时引入聚丙烯腈基体中，得到聚丙烯腈/二元纳米组份复合材料，该复合材料与纯聚丙烯腈、聚丙烯腈/蒙脱土、聚丙烯腈/二氧化硅单纳米组份复合材料相比，材料的机械性能得到明显的提高，而且材料的热稳定性能也更为优异。
发明内容
本发明所说的聚丙烯腈/纳米组分复合材料，其主要由丙烯腈单体与纳米组分经原位聚合而得，其特征在于，所说的纳米组分由纳米二氧化硅和纳米蒙脱土(montmorillonite)组成，其用量各为0.5～2.5重量分数(以100重量份数的丙烯腈单体为基准)。
具体实施例方式
本发明所说的聚丙烯腈/纳米组分复合材料，其由下列主要原料及含量(含量以重量份数计)丙烯腈单体100乳化剂2～3引发剂1.5无水醋酸钠0.8冰醋酸0.5～0.6EDTA 0.1纳米二氧化硅 0.5～2.5纳米蒙脱土0.5～2.5在40～70℃反应3～6小时，经破乳、洗涤、脱水及干燥后获得；其中所述的引发剂是焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、过硫酸铵和/或过硫酸钾；所述的乳化剂是十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙基磺酸钠(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)。
本发明所说的聚丙烯腈/纳米组分复合材料与“纯”聚丙烯腈、丙烯腈/蒙脱土和聚丙烯腈/二氧化硅材料相比，无论是在材料的拉伸强度还是在耐热性能方面均有显著的提高。此外，本发明所说的聚丙烯腈/纳米复合材料还具有制备工艺简单、生产周期短及成本低等优点。
以下通过实施例对本发明作进一步的阐述，其目的是为更好理解本发明的内容。因此，所举之例其并不影响本发明的保护范围实施例一将丙烯腈5克，十二烷基硫酸钠0.36克，OP-10 0.36克，焦亚硫酸钠0.15克，无水醋酸钠0.24克，冰醋酸0.15克，EDTA 0.03克，水200克，0.15克蒙脱土，0.15克二氧化硅加到500ml四口烧瓶中，搅拌充分，而后超声振荡30分钟，接着反应器在磁力搅拌下升温至60℃。达到反应温度后，用恒压漏斗均匀流加丙烯腈25克和引发剂溶液(0.3克过硫酸铵，16克水)。反应5小时结束，出料，得到白色乳液。乳液用饱和氯化钠溶液破乳后，洗涤、脱水、干燥，得到聚丙烯腈纳米复合材料。反应转化率为77.30％，该材料降解20％的温度为310℃，降解40％的温度为400℃，薄膜拉伸强度12.209MPa。
实施例二将丙烯腈5克，十二烷基硫酸钠0.36克，OP-10 0.36克，焦亚硫酸钠0.15克，无水醋酸钠0.24克，冰醋酸0.15克，EDTA0.03克，水200克，0.3克蒙脱土，0.3克二氧化硅加到500ml四口烧瓶中，搅拌充分，而后超声振荡30分钟，接着反应器在磁力搅拌下升温至60℃。达到反应温度后，用恒压漏斗均匀流加丙烯腈25克和引发剂溶液(0.3克过硫酸铵，16克水)。反应5小时结束，出料，得到白色乳液。乳液用饱和氯化钠溶液破乳后，洗涤、脱水、干燥，得到聚丙烯腈纳米复合材料。反应转化率为66.38％，该材料降解20％的温度为315℃，降解40％的温度为400℃，薄膜拉伸强度13.392MPa。
实施例三将丙烯腈5克，十二烷基硫酸钠0.36克，OP-10 0.36克，焦亚硫酸钠0.15克，无水醋酸钠0.24克，冰醋酸0.15克，EDTA 0.03克，水200克，0.45克蒙脱土，0.45克二氧化硅加到500ml四口烧瓶中，搅拌充分，而后超声振荡30分钟，接着反应器在磁力搅拌下升温至60℃。达到反应温度后，用恒压漏斗均匀流加丙烯腈25克和引发剂溶液(0.3克过硫酸铵，16克水)。反应5小时结束，出料，得到白色乳液。乳液用饱和氯化钠溶液破乳后，洗涤、脱水、干燥，得到聚丙烯腈纳米复合材料。反应转化率为55.97％，该材料降解20％的温度为317℃，降解40％的温度为410℃，薄膜拉伸强度14.271MPa。
实施例四将丙烯腈5克，十二烷基硫酸钠0.36克，OP-10 0.36克，焦亚硫酸钠0.15克，无水醋酸钠0.24克，冰醋酸0.15克，EDTA0.03克，水200克，0.6克蒙脱土，0.6克二氧化硅加到500ml四口烧瓶中，搅拌充分，而后超声振荡30分钟，接着反应器在磁力搅拌下升温至60℃。达到反应温度后，用恒压漏斗均匀流加丙烯腈25克和引发剂溶液(0.3克过硫酸铵，16克水)。反应5小时结束，出料，得到白色乳液。乳液用饱和氯化钠溶液破乳后，洗涤、脱水、干燥，得到聚丙烯腈纳米复合材料。反应转化率为66.38％，该材料降解20％的温度为315℃，降解40％的温度为600℃，薄膜拉伸强度14.062MPa。
实施例五将丙烯腈5克，十二烷基硫酸钠0.36克，OP-10 0.36克，焦亚硫酸钠0.15克，无水醋酸钠0.24克，冰醋酸0.15克，EDTA 0.03克，水200克，0.75克蒙脱土，0.75克二氧化硅加到500ml四口烧瓶中，搅拌充分，而后超声振荡30分钟，接着反应器在磁力搅拌下升温至60℃。达到反应温度后，用恒压漏斗均匀流加丙烯腈25克和引发剂溶液(0.3克过硫酸铵，16克水)。反应5小时结束，出料，得到白色乳液。乳液用饱和氯化钠溶液破乳后，洗涤、脱水、干燥，得到聚丙烯腈纳米复合材料。反应转化率为62.96％，该材料降解20％的温度318℃，降解40％的温度为650℃，薄膜拉伸强度14.108MPa。
对比例一将丙烯腈5克，十二烷基硫酸钠0.36克，OP-10 0.36克，焦亚硫酸钠0.15克，无水醋酸钠0.24克，冰醋酸0.15克，EDTA0.03克，水200克，加到500ml四口烧瓶中，磁力搅拌，并升温至55℃。达到反应温度后，用恒压漏斗均匀流加丙烯腈25克和引发剂溶液(0.3克过硫酸铵，16克水)。反应5小时结束，出料，得到白色乳液。乳液用饱和氯化钠乳液破乳后，洗涤、脱水、干燥，得到聚丙烯腈材料。反应转化率为64.03％，该材料降解20％的温度为300℃，降解40％的温度为350℃，薄膜拉伸强度5.173MPa。
对比例二将丙烯腈5克，十二烷基硫酸钠0.36克，OP-10 0.36克，焦亚硫酸钠0.15克，无水醋酸钠0.24克，冰醋酸0.15克，EDTA 0.03克，水200克，0.75克蒙脱土，加到500ml四口烧瓶中，搅拌充分，而后超声振荡60分钟，接着反应器在磁力搅拌下升温至58℃。达到反应温度后，用恒压漏斗均匀流加丙烯腈25克和引发剂溶液(0.3克过硫酸铵，16克水)。反应5小时结束，出料，得到白色乳液。乳液用饱和氯化钠乳液破乳后，洗涤、脱水、干燥，得到聚丙烯腈纳米复合材料。反应转化率为75.70％，该材料降解20％的温度为310℃，降解40％的温度为450℃，薄膜拉伸强度10.255MPa。
对比例三将丙烯腈5克，十二烷基硫酸钠0.45克，OP-10 0.36克，焦亚硫酸钠0.15克，无水醋酸钠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四口烧瓶中，搅拌充分，而后超声振荡60分钟，接着反应器在磁力搅拌下升温至58℃。达到反应温度后，用恒压漏斗均匀流加丙烯腈25克和引发剂溶液(0.3克过硫酸铵，16克水)。反应5小时结束，出料，得到白色乳液。乳液用饱和氯化钠乳液破乳后，洗涤、脱水、干燥，得到聚丙烯腈纳米复合材料。反应转化率为50.60％，该材料降解20％的温度为310℃，降解40％的温度为410℃，薄膜拉伸强度10.103MPa。
权利要求
1.一种聚丙烯腈/纳米组分复合材料，其主要由丙烯腈单体与纳米组分经原位聚合而得，其特征在于，所说的纳米组分由纳米二氧化硅和纳米蒙脱土组成，以100重量份数的丙烯腈单体为基准，其用量各为0.5～2.5重量分数。
2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所说的复合材料由下列主要原料丙烯腈单体 100乳化剂 2～3引发剂 1.5无水醋酸钠 0.8冰醋酸 0.5～0.6EDTA 0.1纳米二氧化硅 0.5～2.5纳米蒙脱土 0.5～2.5在40～70℃反应3～6小时，经破乳、洗涤、脱水及干燥后获得；其中所述的引发剂是焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、过硫酸铵和/或过硫酸钾；所述的乳化剂是十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙基磺酸钠、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
本发明涉及一种聚丙烯腈/纳米组分复合材料，所说的复合材料主要由丙烯腈单体与纳米组分经原位聚合而得，其特征在于，所说的纳米组分由纳米二氧化硅和纳米蒙脱土组成，其用量各为0.5～2.5重量分数(以100重量份数的丙烯腈单体为基准)。本发明所说的聚丙烯腈/纳米组分复合材料与“纯”聚丙烯腈、丙烯腈/蒙脱土和聚丙烯腈/二氧化硅材料相比，无论是在材料的拉伸强度还是在耐热性能方面均有显著的提高。此外，本发明所说的聚丙烯腈/纳米复合材料还具有制备工艺简单、生产周期短及成本低等优点。
文档编号C08K3/36GK1618868SQ200410066738
公开日2005年5月25日 申请日期2004年9月28日 优先权日2004年9月28日
发明者林嘉平, 余天石, 许家福 申请人:华东理工大学