CN110615960A - 一种改性纳米TiO2苯丙复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性纳米TiO2苯丙复合材料及制备方法，其配方包括改性纳米TiO2、十二烷基苯磺酸钠、过硫酸钾、丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯、水和烷基酚聚氧乙烯醚。其制备方法包括：按重量百分比称取原料；将改性纳米TiO2、水和过硫酸钾加入至搅拌釜高速搅拌，氮气氛围下升温至80～85℃；依次加入剩余原料，搅拌并保温110～120min；降温后，用氨水调节反应液pH至7～8等步骤。本发明改性纳米TiO2苯丙复合材料铅笔硬度高、耐水性能强、力学性能优异、水性纳米TiO2高固含量。本发明属于复合材料领域，具体是指一种改性纳米TiO2苯丙复合材料及制备方法。

Description

一种改性纳米TiO2苯丙复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体是指一种改性纳米TiO2苯丙复合材料的制备方法。
背景技术
随着人们生态环保意识的增强，化工涂料行业面临巨大挑战和机遇，水性涂料是未来发展的必然趋势。苯丙聚合物因具备较好的耐热性、耐老化及成本低等优点，广泛应用胶粘剂、纸张处理和建筑等行业，但其涂膜耐水性较差和硬度较低使其应用受到极大限制，纳米TiO2是一种无机材料，其具有独特的光催化性能，能赋予涂料自清洁和抗紫外功能，将纳米TiO2添加到苯丙聚合物中，制备成纳米TiO2苯丙复合材料能克服水性涂料硬度低耐水性差之不足而且能增加涂料许多优异的性能，目前，纳米TiO2苯丙复合材料的制备方法罕有披露。
发明内容
为了解决上述难题，本发明提供了一种改性纳米TiO2苯丙复合材料及其制备方法。
为了实现上述功能，本发明采取的技术方案如下：一种改性纳米TiO2苯丙复合材料，按重量百分比，包括：改性纳米TiO20.5％～2％，十二烷基苯磺酸钠0.4％～1.2％，过硫酸钾0.2％～0.8％，丙烯酸5％～10％，丙烯酸酯40％～55％，苯乙烯25％～35％，水10％～15％，烷基酚聚氧乙烯醚1％～3％。
进一步地，所述改性纳米TiO2为油酸改性的纳米TiO2。
进一步地，所述丙烯酸酯为丙烯酸丁酯。
本发明还包括一种改性纳米TiO2苯丙复合材料的制备方法，包括：
步骤1：按重量百分比称取各组分：改性纳米TiO20.5％～2％，十二烷基苯磺酸钠0.4％～1.2％，过硫酸钾0.2％～0.8％，丙烯酸5％～10％，丙烯酸酯40％～55％，苯乙烯25％～35％，水10％～15％，烷基酚聚氧乙烯醚1％～3％；
步骤2：将改性纳米TiO2、过硫酸钾和水加入带搅拌的反应釜中，以3000～4000r/min高速搅拌，在氮气氛围下升温至80～85℃；
步骤3：往依次加入十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、丙烯酸、丙烯酸酯和苯乙烯，维持搅拌，并于80～85℃下保温110～120min；
步骤4：对反应釜进行降温，温度下降后，采用稀氨水调节溶液pH至7～8，即可得到改性纳米TiO2苯丙复合材料。
本发明采用上述方法取得有益效果如下：一种改性纳米TiO2苯丙复合材料，通过将改性纳米TiO2与丙烯酸、苯乙烯等单体在引发剂作用下充分反应制得，具有铅笔硬度高、耐水性能强、力学性能优异、水性纳米TiO2高固含量的优点，采用本发明提供的改性纳米TiO2苯丙复合材料的制备方法可一步制得改性纳米TiO2苯丙复合材料，工艺简单，便于操作。
附图说明
图1为本发明一种改性纳米TiO2苯丙复合材料及其制备方法的纳米TiO2苯丙复合材料与苯丙聚合物的红外光谱图；
图2为本发明一种改性纳米TiO2苯丙复合材料及其制备方法的纳米TiO2苯丙复合材料与苯丙聚合物的粒径分布图；
图3为本发明一种改性纳米TiO2苯丙复合材料及其制备方法的纳米TiO2苯丙复合材料与苯丙聚合物涂膜的SEM图；
图4为本发明一种改性纳米TiO2苯丙复合材料及其制备方法的纳米TiO2苯丙复合材料与苯丙聚合物的TEM图；
图5为本发明一种改性纳米TiO2苯丙复合材料及其制备方法的纳米TiO2苯丙复合材料应力-应变曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施对本发明的技术方案进行进一步详细地说明，但本发明不收实施例的限制。
实施例1
一种改性纳米TiO2苯丙复合材料及其制备方法，所述方法包括：
步骤1：按重量百分比称取各组分：改性纳米TiO20.8％，十二烷基苯磺酸钠0.8％，过硫酸钾0.4％，丙烯酸6.5％，丙烯酸丁酯45％，苯乙烯35％，水10％，烷基酚聚氧乙烯醚1.5％；
步骤2：将改性纳米TiO2、过硫酸钾和水加入带搅拌的反应釜中，高速搅拌，在氮气氛围下升温至80～85℃；
步骤3：往依次加入十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、丙烯酸、丙烯酸丁酯和苯乙烯，维持搅拌，并于80～85℃下保温110～120min；
步骤4：对反应釜进行降温，温度下降后，采用稀氨水调节溶液pH至7～8，即可得到改性纳米TiO2苯丙复合材料。
实施例2
步骤1：按重量百分比称取各组分：改性纳米TiO21％，十二烷基苯磺酸钠0.8％，过硫酸钾0.4％，丙烯酸6.5％，丙烯酸丁酯45％，苯乙烯33％，水12％，烷基酚聚氧乙烯醚1.5％；其它制备工艺步骤同实施列1。
实施例3
步骤1：按重量百分比称取各组分：改性纳米TiO20.6％，十二烷基苯磺酸钠0.8％，过硫酸钾0.4％，丙烯酸6.2％，丙烯酸丁酯45％，苯乙烯34％，水12％，烷基酚聚氧乙烯醚1.5％；其它制备工艺步骤同实施列1。
表1.按实施例1-3配方制得的改性纳米TiO2的主要性能
附图1为纳米TiO2苯丙复合材料与苯丙聚合物的红外光谱图纳米TiO2苯丙复合材料的红外光谱，图中两曲线1235cm-1、1308cm-1处均出现了C-H弯曲振动吸收峰，聚合物链上C＝O键的特征吸收峰对应于1731cm-1处，3450cm-1、1454cm-1和1650cm-1为-COO-的特征吸收峰，3032cm-1、2929cm-1、2875cm-1处分别对应苯环、亚甲基和甲基上的C-H伸缩振动吸收峰，3345cm-1处出现了苯丙聚合物链上O-H的伸缩振动吸收峰，与苯丙聚合物相比，623cm-1和659cm-1处出现了TiO2特征吸收峰，可初步判定苯丙聚合物中已掺入了纳米TiO2粒子；
附图2为纳米TiO2苯丙复合材料与苯丙聚合物的粒径分布图，从图中看出，苯丙聚合物的粒径主要分布在80nm～170nm之间，有效粒径为110nm左右，掺入纳米TiO2后使聚合物的粒径分布变宽，所得纳米TiO2苯丙复合材料的有效粒径为180nm左右，粒径主要分布在170nm～260nm之间，纳米TiO2苯丙复合材料相较于苯丙聚合物的有效粒径增大且分布比较均匀。
附图3为纳米TiO2苯丙复合材料与苯丙聚合物涂膜的SEM图，其中a为苯丙聚合物涂膜横断面SEM图，b为纳米TiO2苯丙复合涂膜横断面SEM图。从图中看出，苯丙聚合物涂膜横断面比较平整基本看不出有什么粒子，b图纳米TiO2苯丙复合涂膜横断面中分散有许多突起的TiO2粒子而且分布比较均匀。由此可以进一步说明，苯丙聚合物材料中已均匀地掺入了改性纳米TiO2粒子。
附图4为纳米TiO2苯丙复合材料与苯丙聚合物的TEM图，其中a为苯丙聚合物TEM图，b为纳米TiO2苯丙复合材料TEM图。从图中可以看出，图a中分散的粒子不多，图b中无机纳米粒子TiO2分布较多且比较均匀，尽管图b看不出是否存在核壳结构，这可能是由于聚合物在干燥过程中乳液粒子相互挤压出现变形，使纳米TiO2发生迁移而形成。但这足以说明改性后的纳米TiO2粒子能较好地分散于苯丙聚合物中。
附图5为纳米TiO2苯丙复合材料应力-应变曲线图，从图中看出，复合材料的拉伸强度随着TiO2含量的增加而增大，当纳米TiO2含量0.8wt％时，拉伸强度达到最大值12.5MPa，但随着纳米TiO2含量增加，粒子容易发生团聚现象以致材料会形成力学缺陷，因而TiO2含量超过0.8wt％后，拉伸强度反而降低。此外，随着TiO2含量的增加，材料的断裂伸长率由790％减小到440％，其原因可能是过多的纳米粒子增加了聚合物的交联度所致。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种改性纳米TiO2苯丙复合材料，其特征在于，按重量百分比，包括：改性纳米TiO20.5％～2％，十二烷基苯磺酸钠0.4％～1.2％，过硫酸钾0.2％～0.8％，丙烯酸5％～10％，丙烯酸酯40％～55％，苯乙烯25％～35％，水10％～15％，烷基酚聚氧乙烯醚1％～3％。
2.根据权利要求1所述的一种改性纳米TiO2苯丙复合材料，其特征在于，所述改性纳米TiO2为油酸改性的纳米TiO2。
3.根据权利要求1所述的一种改性纳米TiO2苯丙复合材料，其特征在于，所述丙烯酸酯丙烯酸丁酯。
4.一种改性纳米TiO2苯丙复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：按重量百分比称取各组分：改性纳米TiO20.5％～2％，十二烷基苯磺酸钠0.4％～1.2％，过硫酸钾0.2％～0.8％，丙烯酸5％～10％，丙烯酸酯40％～55％，苯乙烯25％～35％，水10％～15％，烷基酚聚氧乙烯醚1％～3％；
步骤2：将改性纳米TiO2、过硫酸钾和水加入带搅拌的反应釜中，以3000～4000r/min高速搅拌，在氮气氛围下升温至80～85℃；
步骤3：往依次加入十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、丙烯酸、丙烯酸酯和苯乙烯，维持搅拌，
并于80～85℃下保温110～120min；
步骤4：对反应釜进行降温，温度下降后，采用稀氨水调节溶液pH至7～8，即可得到改性纳米TiO2苯丙复合材料。
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