CN101450973A - 纳米SiO2/PMMA的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种纳米SiO2/PMMA的合成方法，包括有如下阶段：第一阶段：合成PMMA；第二阶段：以无机SiO2颗粒为反应器，并对其进行处理；第三阶段：使用第一步和第二步的结果制备纳米SiO2/PMMA。本发明的纳米SiO2/PMMA的合成方法，通过乳液聚合制备以纳米SiO2为核，MMA为壳层单体的复合物，使单体贯穿在微孔之中，并研究乳液聚合的规律及其在PP中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米SiO2/PMMA的合成方法。特别是涉及一种通过乳液聚合制备以纳米SiO2为核，MMA为壳层单体的纳米SiO2/PMMA的合成方法。
背景技术
随着无机粒子微细化技术和粒子表面处理技术的发展，特别是近年来纳米级无机粒子的出现，塑料的增韧改性彻底冲破了以往在塑料中加入橡胶类弹性体的做法，而弹性体韧性往往是以牺牲材料的宝贵刚性、尺寸的稳定性、耐热性为代价的。
纳米粒子凝聚力强、易团聚，在纳米无机颗粒的表面接枝上聚合物被认为是改变纳米无机颗粒与聚合物基体之间粘结性能、防止其团聚的最有效的方法之一。
从复合材料的观点出发，若粒子刚硬且与基体树脂结合良好，刚性粒子也能承受拉伸应力，起到增强增韧作用。采用纳米刚性粒子填充聚甲基丙烯酸甲酯，不仅会使材料韧性，强度方面得到提高，而且其性能价格比也将是其它材料不能比拟的。另外由于某些工程塑料价格较高，人们希望尽量利用加工及生产过程中的二次料，但热塑性树脂经二次加工后各种性能均会有不同程度的下降，利用刚性纳米粒子对废料进行一定的改性后可有效提高热塑性工程塑料的废料利用率，还可降低成本，从而缓解资源短缺以及环境污染等问题。
PP在室温及低温下的韧性较差，PE具有良好的韧性和弹性。PE的加入可以改善PP的韧性，但强力降低；无机刚性粒子的加入可提高纳米SiO2的拉伸强度，但纳米SiO2分散性差，需要选择一种合适的方法对其进行表面改性。
乳液聚合有独特的机理并且有很多优点：(1)以水为分散介质，价格便宜而且操作安全。乳液的粘度与聚合物分子量及聚合物含量无关，这有利于搅拌等操作。(2)聚合速率快，同时产物分子量高，可以在较低的温度下聚合。(3)直接应用胶乳的场合，更宜采用乳液聚合。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种采用乳液聚合法制备纳米SiO2/PMMA复合材料的纳米SiO2/PMMA的合成方法。
本发明所采用的技术方案是：一种纳米SiO2/PMMA的合成方法，包括有如下阶段：第一阶段：合成PMMA；第二阶段：以无机SiO2颗粒为反应器，并对其进行处理；第三阶段：使用第一步和第二步的结果制备纳米SiO2/PMMA。
所述的合成PMMA包括发下步骤：
第一步：对原料进行预处理：称取10g NaOH固体，加入200ml蒸馏水，用玻璃棒不断搅拌，使其充分溶解，配制出5％的NaOH水溶液；用量筒量取50ml甲基丙烯酸甲酯，倒入分液漏斗中，然后用配制好的5％的NaOH水溶液去除甲基丙烯酸甲酯中的阻聚剂，清洗三遍后再用蒸馏水洗涤两遍；
第二步：分别称取乳化剂十二烷基磺酸钠0.5g，引发剂过硫酸铵0.2～0.4g，蒸馏水100mL，一起加入到四口瓶中，在70～75℃下搅拌，充分乳化20min；
第三步：将清洗过的单体MMA50mL，用滴液漏斗滴加到反应体系中，在30min中内滴加完毕，在实验温度下反应3h，乳液发微蓝光，反应完毕，得聚甲基丙烯酸甲酯乳液；
第四步：在聚甲基丙烯酸甲酯乳液中加入0.1gNaCl，加入的同时不停的搅拌，使聚甲基丙烯酸甲酯从乳液中析出；
第五步：将析出的聚甲基丙烯酸甲酯倒入表面皿中，放入烘箱中，在80℃下烘干5h即得白色粉末。
所述的对无机SiO2颗粒反应器进行处理包括如下步骤：
第一步：将无机的SiO2颗粒首先在甲基丙烯酸甲酯单体和引发剂中浸泡两天；
第二步：把浸泡后的无机SiO2颗粒放到与甲基丙烯酸甲酯不溶的溶剂水中，调节至完成聚合；
所述的制备纳米SiO2/PMMA包括如下步骤：
第一步：安装搅拌装置，将水浴调节至实验所需温度70～75℃；
第二步：分别称取乳化剂0.5g，引发剂过硫酸铵0.2～0.4g，NaHCO3 1g，在第二阶段中用MMA单体浸泡两天后的纳米SiO22.5g，蒸馏水100mL一起加入到四口瓶中，充分乳化20min；
第三步：用5％的NaOH水溶液清洗第二步所得到的单体；
第五步：将第三步清洗过的单体50mL用滴液漏斗滴加到反应体系中，在30min中内滴加完毕，在实验温度下反应3h，即得到所需的乳液，乳液发微蓝光；
第六步：在第五步所得到的乳液中加入0.1gNaCl，加入的同时要不停的搅拌，则纳米SiO2/PMMA复合物就从乳液中析出；
第七步：将析出的复合物倒入表面皿中，放入烘箱中，在80℃下烘干5h即得SiO2/PMMA的白色粉末。
本发明的纳米SiO2/PMMA的合成方法，通过乳液聚合制备以纳米SiO2为核，MMA为壳层单体的复合物，使单体贯穿在微孔之中，并研究乳液聚合的规律及其在PP中的应用。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的纳米SiO2/PMMA的合成方法。
本发明的纳米SiO2/PMMA的合成方法，包括有如下阶段：
第一阶段：合成PMMA；
第二阶段：以无机SiO2颗粒为反应器，并对其进行处理；
第三阶段：使用第一步和第二步的结果制备纳米SiO2/PMMA。
下面分别说明每一阶段的具体步骤：
1、所述的合成PMMA：
合成PMMA的主要原料是以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体、十二烷基磺酸钠为乳化剂、过硫酸铵[(NH4)2S2O8]为引发剂、水为分散介质。
十二烷基磺酸钠作乳化剂，其分子中的疏水基团(烷基)与单体MMA发生作用，磺酸钠是亲水基团与水亲和。因此，在聚合物颗粒表面上吸附上一层乳化剂分子，在每一个小颗粒上都带上一层同号电荷，因而使每个小颗粒能稳定地分散并悬浮在介质中，形成稳定的乳液。
引发剂过硫酸铵是乳液聚合配方中的重要组成部分。对于正常的乳液聚合过程来说，要求引发剂溶于水相，引发活性反应中心，使整个聚合过程按照链引发、链增长、链终止等进行。
包括发下步骤：
第一步：对原料进行预处理：称取10g NaOH固体，加入200ml蒸馏水，用玻璃棒不断搅拌，使其充分溶解，配制出5％的NaOH水溶液；用量筒量取50ml甲基丙烯酸甲酯，倒入分液漏斗中，然后用配制好的5％的NaOH水溶液去除甲基丙烯酸甲酯中的阻聚剂，清洗三遍后再用蒸馏水洗涤两遍；
第二步：分别称取乳化剂十二烷基磺酸钠0.5g，引发剂过硫酸铵0.2～0.4g，蒸馏水100mL，一起加入到四口瓶中，在70～75℃下搅拌，充分乳化20min；
第三步：将清洗过的单体MMA50mL，用滴液漏斗滴加到反应体系中，在30min中内滴加完毕，在实验温度下反应3h，乳液发微蓝光，反应完毕，得聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)乳液；
第四步：在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)乳液中加入0.1gNaCl，加入的同时不停的搅拌，使聚甲基丙烯酸甲酯从乳液中析出；
第五步：将析出的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)倒入表面皿中，放入烘箱中，在80℃下烘干5h即得白色粉末。
2、所述的对无机SiO2颗粒反应器进行处理：
将经修饰后的无机SiO2颗粒作为反应器，在其内部进行甲基丙烯酸甲酯的乳液聚合反应。
包括如下步骤：
第一步：将无机的SiO2颗粒首先在甲基丙烯酸甲酯单体和引发剂中浸泡两天，使单体和引发剂充分扩散进入SiO2颗粒的孔道内；
第二步：把浸泡后的无机SiO2颗粒放到与甲基丙烯酸甲酯不溶的溶剂水中，调节至完成聚合；
3、所述的制备纳米SiO2/PMMA：
通过长时间的浸泡，使单体和引发剂充分扩散进入SiO2颗粒的孔道内，使SiO2微球孔道内含有单体的量大大增加，在反应时选择与甲基丙烯酸甲酯单体不溶的溶剂—水，阻止单体从孔道内流出，这些因素都增加了反应的几率。
包括如下步骤：
第一步：安装搅拌装置，将水浴调节至实验所需温度70～75℃；
第二步：分别称取乳化剂0.5g，引发剂过硫酸铵0.2～0.4g，NaHCO31g，在第二阶段中用MMA单体浸泡两天后的纳米SiO22.5g，蒸馏水100mL一起加入到四口瓶中，充分乳化20min；
第三步：用5％的NaOH水溶液清洗第二步所得到的单体；
第五步：将第三步清洗过的单体50mL用滴液漏斗滴加到反应体系中，在30min中内滴加完毕，在实验温度下反应3h，即得到所需的乳液，乳液发微蓝光；
第六步：在第五步所得到的乳液中加入0.1gNaCl，加入的同时要不停的搅拌，则纳米SiO2/PMMA复合物就从乳液中析出；
第七步：将析出的复合物倒入表面皿中，放入烘箱中，在80℃下烘干5h即得SiO2/PMMA的白色粉末。
Claims (4)
1.一种纳米SiO2/PMMA的合成方法，其特征在于，包括有如下阶段：
第一阶段：合成PMMA；
第二阶段：以无机SiO2颗粒为反应器，并对其进行处理；
第三阶段：使用第一步和第二步的结果制备纳米SiO2/PMMA。
2.根据权利要求1所述的纳米SiO2/PMMA的合成方法，其特征在于，所述的合成PMMA包括发下步骤：
第一步：对原料进行预处理：称取10g NaOH固体，加入200ml蒸馏水，用玻璃棒不断搅拌，使其充分溶解，配制出5％的NaOH水溶液；用量筒量取50ml甲基丙烯酸甲酯，倒入分液漏斗中，然后用配制好的5％的NaOH水溶液去除甲基丙烯酸甲酯中的阻聚剂，清洗三遍后再用蒸馏水洗涤两遍；
第二步：分别称取乳化剂十二烷基磺酸钠0.5g，引发剂过硫酸铵0.2～0.4g，蒸馏水100mL，一起加入到四口瓶中，在70～75℃下搅拌，充分乳化20min；
第三步：将清洗过的单体MMA50mL，用滴液漏斗滴加到反应体系中，在30min中内滴加完毕，在实验温度下反应3h，乳液发微蓝光，反应完毕，得聚甲基丙烯酸甲酯乳液；
第四步：在聚甲基丙烯酸甲酯乳液中加入0.1gNaCl，加入的同时不停的搅拌，使聚甲基丙烯酸甲酯从乳液中析出；
第五步：将析出的聚甲基丙烯酸甲酯倒入表面皿中，放入烘箱中，在80℃下烘干5h即得白色粉末。
3.根据权利要求1所述的纳米SiO2/PMMA的合成方法，其特征在于，所述的对无机SiO2颗粒反应器进行处理包括如下步骤：
第一步：将无机的SiO2颗粒首先在甲基丙烯酸甲酯单体和引发剂中浸泡两天；
第二步：把浸泡后的无机SiO2颗粒放到与甲基丙烯酸甲酯不溶的溶剂水中，调节至完成聚合；
4.根据权利要求1所述的纳米SiO2/PMMA的合成方法，其特征在于，所述的制备纳米SiO2/PMMA包括如下步骤：
第一步：安装搅拌装置，将水浴调节至实验所需温度70～75℃；
第二步：分别称取乳化剂0.5g，引发剂过硫酸铵0.2～0.4g，NaHCO3 1g，在第二阶段中用MMA单体浸泡两天后的纳米SiO22.5g，蒸馏水100mL一起加入到四口瓶中，充分乳化20min；
第三步：用5％的NaOH水溶液清洗第二步所得到的单体；
第五步：将第三步清洗过的单体50mL用滴液漏斗滴加到反应体系中，在30min中内滴加完毕，在实验温度下反应3h，即得到所需的乳液，乳液发微蓝光；
第六步：在第五步所得到的乳液中加入0.1gNaCl，加入的同时要不停的搅拌，则纳米SiO2/PMMA复合物就从乳液中析出；
第七步：将析出的复合物倒入表面皿中，放入烘箱中，在80℃下烘干5h即得SiO2/PMMA的白色粉末。
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