CN104418962A - 聚甲基丙烯酸甲酯-钛酸盐纳米复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种聚甲基丙烯酸-钛酸盐纳米复合材料的制备方法，其包括：第一步，钛酸盐纳米材料的制备；第二步，将聚甲基丙烯酸与钛酸盐纳米材料复合制备复合材料。该复合材料能够改善传统的高分子材料的热稳定性，降低生产成本，环保，通过纳米无机材料改性聚合物，使材料韧性、强度、耐热性等得到提高，分子水平的复合赋予了纳米复合材料比常规复合材料更优异的性能。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种聚甲基丙烯酸甲酯-钛酸盐纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
纳米材料由于其特殊性质及其应用引起了人们的极大关注，已在材料、物理、化学等诸多领域成为科学家们的研究热点。纳米材料的定义为在空间上有两维是纳米尺度，而长度上为宏观尺度的新型材料。目前已发现的典型纳米形貌有：纳米线、纳米棒、纳米带、纳米管等。由于纳米材料中的电子在两个方向上的运动受到约束，仅在一个方向上能自由运动，因此又名量子线。它可以为研究量子限阈下的光学、力学以及电子输运等特性提供良好的模型。随着对其研究的不断深入，研究人员已经发现了更多不同形貌的一维纳米材料。由于纳米材料的特殊形貌以及纳米级的尺寸，表现出了很多与宏观材料不同特殊特性。因此纳米材料的制备和应用研究已经引起越来越多科研工作者的关注。
由于聚合物材料具有良好的可加工性，已被广泛应用于建筑、交通和航天航空等领域，近年来的产量更已经超过许多传统材料如钢材和木材等。但多数聚合物的热稳定性较低，易燃烧，因此，使用的聚合物材料越多，由此造成的火灾危害损失也越来越频繁和严重，已经严重威胁到了公共安全。因此，是否对聚合物材料进行阻燃稳定化处理已经成为人们使用聚合物材料时需考虑的重要因素之一。当前对聚合物材料阻燃处理时普遍使用了含卤阻燃剂，但含卤阻燃剂在聚合物热解时会产生大量的烟雾和高腐蚀性、有毒的卤化氢气体，这对人们的生命安全和环境造成了严重的威胁。因此，如何制备新型的低毒环保高效的阻燃聚合物材料已成为迫切需要解决的问题。当前，将无机物与聚合物进行复合所得到的聚合物／无机物纳米复合材料作为一种新型的阻燃材料的各种性能均表现优异，特别是体现在可以有效提高聚合物材料的热稳定性，降低材料可燃性且满足环保要求，因此越来越为人们所青睐。
本发明就是提供一种将无机纳米材料和聚合物复合得到的一种复合材料，其能够改善传统的高分子材料的热稳定性，降低生产成本，环保，通过纳米无机材料改性聚合物，使材料韧性、强度、耐热性等得到提高，分子水平的复合赋予了纳米复合材料比常规复合材料更优异的性能。
发明内容
本发明鉴于上述问题而作，其目的在于提供一种聚甲基丙烯酸-钛酸盐纳米复合材料，其能够改善传统的高分子材料的热稳定性，降低生产成本，环保，通过纳米无机材料改性聚合物，使材料韧性、强度、耐热性等得到提高，分子水平的复合赋予了纳米复合材料比常规复合材料更优异的性能。
为解决上述技术问题，本发明提供了聚甲基丙烯酸-钛酸盐纳米复合材料，其包括：
第一步，钛酸盐纳米材料的制备；
第二步，将聚甲基丙烯酸与钛酸盐纳米材料复合制备复合材料。
所述第一步具体为将四水合硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)与磷酸氢钙(NH4H2PO4)混合，溶于水中，逐滴加入氨水调节pH值至10，将所得到的凝胶液转移至反应釜中，并于180℃烘箱反应16h，取出后自然冷却至室温，得到白色沉淀物，以去离子水反复水洗至中性，于60℃烘箱内干燥，获得钛酸盐纳米材料。
所述四水合硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)与磷酸氢钙(NH4H2PO4)的摩尔比为1.3：1。
所述第二步具体为将第一步获得的钛酸盐纳米材料放入超声机中超声分散于5～8ml乙醇中，加入甲基丙烯酸甲酯后继续超声15min以充分混合添加物，将质量百分比为0.1％引发剂过氧化苯甲酰(BPO)加入混合液中，并于80℃油浴聚合1h，当甲基丙烯酸甲酯单体溶液达到预聚程度即转移到模具中，在70℃的烘箱中完成聚合，并放置48h以彻底除去溶剂和剩余的未聚合单体，获得聚甲基丙烯酸-钛酸盐纳米复合材料。
相对于100重量份的所述甲基丙烯酸甲酯单体，所述钛酸盐纳米材料的添加量为13.7重量份。
本发明的有益效果：
本发明提供的聚甲基丙烯酸-钛酸盐纳米复合材料，其能够改善传统的高分子材料的热稳定性，降低生产成本，环保，通过纳米无机材料改性聚合物，使材料韧性、强度、耐热性等得到提高，分子水平的复合赋予了纳米复合材料比常规复合材料更优异的性能。
具体实施方式
本发明提供了一种聚甲基丙烯酸-钛酸盐纳米复合材料，其能够改善传统的高分子材料的热稳定性，降低生产成本，环保，通过纳米无机材料改性聚合物，使材料韧性、强度、耐热性等得到提高，分子水平的复合赋予了纳米复合材料比常规复合材料更优异的性能。
为解决上述技术问题，本发明提供了聚甲基丙烯酸-钛酸盐纳米复合材料，其包括：
第一步，钛酸盐纳米材料的制备；
第二步，将聚甲基丙烯酸与钛酸盐纳米材料复合制备复合材料。
所述第一步具体为将四水合硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)与磷酸氢钙(NH4H2PO4)混合，溶于水中，逐滴加入氨水调节pH值至10，将所得到的凝胶液转移至反应釜中，并于180℃烘箱反应16h，取出后自然冷却至室温，得到白色沉淀物，以去离子水反复水洗至中性，于60℃烘箱内干燥，获得钛酸盐纳米材料。
所述四水合硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)与磷酸氢钙(NH4H2PO4)的摩尔比为1.3：1。
所述第二步具体为将第一步获得的钛酸盐纳米材料放入超声机中超声分散于5～8ml乙醇中，加入甲基丙烯酸甲酯后继续超声15min以充分混合添加物，将质量百分比为0.1％引发剂过氧化苯甲酰(BPO)加入混合液中，并于80℃油浴聚合1h，当甲基丙烯酸甲酯单体溶液达到预聚程度即转移到模具中，在70℃的烘箱中完成聚合，并放置48h以彻底除去溶剂和剩余的未聚合单体，获得聚甲基丙烯酸-钛酸盐纳米复合材料。
以下采用实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例1
将四水合硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)与磷酸氢钙(NH4H2PO4)按照摩尔比1.3：1混合，溶于水中，逐滴加入氨水调节pH值至10，将所得到的凝胶液转移至反应釜中，并于180℃烘箱反应16h，取出后自然冷却至室温，得到白色沉淀物，以去离子水反复水洗至中性，于60℃烘箱内干燥，获得钛酸盐纳米材料，将前面获得的钛酸盐纳米材料放入超声机中超声分散于8ml乙醇中，加入甲基丙烯酸甲酯后继续超声15min以充分混合添加物，相对于100g的甲基丙烯酸甲酯，所述钛酸盐纳米材料的添加量是13.7g，将质量百分比为0.1％引发剂过氧化苯甲酰(BPO)加入混合液中，并于80℃油浴聚合1h，当甲基丙烯酸甲酯单体溶液达到预聚程度即转移到模具中，在70℃的烘箱中完成聚合，并放置48h以彻底除去溶剂和剩余的未聚合单体，获得聚甲基丙烯酸-钛酸盐纳米复合材料。
热重分析是研究聚合物的热解过程最常用的方法之一，用于快速评价聚合物材料的热稳定性，热稳定性结果见表1，10wt％(T0.1)和50wt％(T0.5)失重时对应的温度分别列于表1。
表1
| 物质 | T0.1(℃) | T0.5(℃) | 剩余(wt％) |
| 实施例1 | 243 | 316 | 0 |
| 聚甲基丙烯酸甲酯 | 291 | 353 | 15.5 |
加入钛纳米材料使得复合材料的初始分解温度均高于纯聚甲基丙烯酸甲酯，初始降解温度明显提高至291℃，相比纯PMMA提高48℃，通过添加钛纳米材料，获得的聚甲基丙烯酸甲酯钛纳米盐符合材料能够显著提高聚合物材料的稳定性能。
所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和／或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (6)
1.聚甲基丙烯酸-钛酸盐纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
第一步，钛酸盐纳米材料的制备；
第二步，将聚甲基丙烯酸与钛酸盐纳米材料复合制备复合材料。
2.如权利要求1所述的聚甲基丙烯酸-钛酸盐纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述第一步具体为将四水合硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)与磷酸氢钙(NH4H2PO4)混合，溶于水中，逐滴加入氨水调节pH值至10，将所得到的凝胶液转移至反应釜中，并于180℃烘箱反应16h，取出后自然冷却至室温，得到白色沉淀物，以去离子水反复水洗至中性，于60℃烘箱内干燥，获得钛酸盐纳米材料。
3.如权利要求1或2所述的聚甲基丙烯酸-钛酸盐纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述四水合硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)与磷酸氢钙(NH4H2PO4)的摩尔比为1.3：1。
4.如权利要求1至3所述的聚甲基丙烯酸-钛酸盐纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述第二步具体为将第一步获得的钛酸盐纳米材料放入超声机中超声分散于5～8ml乙醇中，加入甲基丙烯酸甲酯后继续超声15min以充分混合添加物，将质量百分比为0.1％引发剂过氧化苯甲酰(BPO)加入混合液中，并于80℃油浴聚合1h，当甲基丙烯酸甲酯单体溶液达到预聚程度即转移到模具中，在70℃的烘箱中完成聚合，并放置48h以彻底除去溶剂和剩余的未聚合单体，获得聚甲基丙烯酸-钛酸盐纳米复合材料。
5.如权利要求1至4所述的聚甲基丙烯酸-钛酸盐纳米复合材料的制备方法，其特征在于：相对于100重量份的所述甲基丙烯酸甲酯单体，所述钛酸盐纳米材料的添加量为13.7重量份。
6.聚甲基丙烯酸-钛酸盐纳米复合材料，其特征在于：所述复合材料的制备方法具体为，
第一步，将四水合硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)与磷酸氢钙(NH4H2PO4)混合，溶于水中，所述四水合硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)与磷酸氢钙(NH4H2PO4)的摩尔比为1.3：1，逐滴加入氨水调节pH值至10，将所得到的凝胶液转移至反应釜中，并于180℃烘箱反应16h，取出后自然冷却至室温，得到白色沉淀物，以去离子水反复水洗至中性，于60℃烘箱内干燥，获得钛酸盐纳米材料；
第二步，将第一步获得的钛酸盐纳米材料放入超声机中超声分散于5～8ml乙醇中，加入甲基丙烯酸甲酯后继续超声15min以充分混合添加物，相对于100重量份的所述甲基丙烯酸甲酯单体，所述钛酸盐纳米材料的添加量为13.7重量份，将质量百分比为0.1％引发剂过氧化苯甲酰(BPO)加入混合液中，并于80℃油浴聚合1h，当甲基丙烯酸甲酯单体溶液达到预聚程度即转移到模具中，在70℃的烘箱中完成聚合，并放置48h以彻底除去溶剂和剩余的未聚合单体，获得聚甲基丙烯酸-钛酸盐纳米复合材料。
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| JP2001261313A (ja) * | 2000-03-16 | 2001-09-26 | Sekisui Plastics Co Ltd | 非晶質リン酸カルシウムスラリーの製造方法および重合体粒子の製造方法 |
| CN1442438A (zh) * | 2002-03-01 | 2003-09-17 | 中国石油天然气股份有限公司 | 高吸油性树脂及其合成方法 |
| CN101217986A (zh) * | 2005-07-08 | 2008-07-09 | 德普伊国际有限公司 | 骨粘固剂组合物 |
| CN101492562A (zh) * | 2009-02-27 | 2009-07-29 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 聚丙烯酰胺/钙磷酸盐纳米复合材料及其微波辅助液相制备方法 |
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