CN110655748A - 一种富勒醇改性pmma/pc复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种富勒醇改性PMMA/PC复合材料的制备方法。包括：利用溴代富勒烯与NaOH反应法合成富勒醇；将PMMA/PC溶于超纯水中制得混合溶液；将富勒醇用水溶性分散剂分散在PMMA/PC混合溶液中，超声分散均匀后流延干燥成膜。该富勒醇改性的PMMA/PC复合材料，可以应用于制备具有优良光学特性和韧性的新型PMMA/PC复合薄膜、纤维和其他复合材料制品领域。

Description

一种富勒醇改性PMMA/PC复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及PMMA/PC复合材料技术领域，具体涉及一种富勒醇改性PMMA/PC复合材料的制备方法，由该方法制备出的复合材料，可以用于制备具有特殊光学性质和韧度的PMMA/PC薄膜、PMMA/PC纤维及各种PMMA/PC制品领域。
背景技术
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是一种重要的光学塑料，通过旋涂可以形成良好的薄膜，透光率高，光泽性好，轻而强韧，成型加工好。但表面硬度低易划伤，吸水易膨胀。聚碳酸酯(PC)耐冲击和硬度是热塑性塑料之首，有很高的耐热性，较高的延伸率和弹性模量，但易产生开裂。综合考虑材料的性能和成本，采用共混PMMA和PC两种材料，不仅可以拓广其应用领域，而且能获得具有优良性能的新型高分子材料。PMMA和PC都是聚酯类材料，有相似的光学性质和相近密度，但界面相容性较差。因此，若要制备综合性能优良的PMMA/PC复合材料，需要增强其相容性。
富勒烯是单纯由碳原子结合生成的稳定分子，具有金属光泽，有许多优异性能，如超导、强磁性、耐高压、抗化学腐蚀，在光、电、磁等领域有潜在的应用前景。但普通富勒烯由于其表面无官能团，容易自聚集，从而很难与材料进行复合。
发明内容
本发明提供了一种富勒醇改性PMMA/PC复合材料的制备方法。该方法过程简便，与现用工艺设备相容性好。所制备的富勒醇改性PMMA/PC复合材料，可以应用于制备新型薄膜和纤维等领域。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种富勒醇改性PMMA/PC复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：利用溴代富勒烯与NaOH溶液反应法合成富勒醇；
步骤2：将PMMA和PC溶于一定溶剂中制得混合溶液；
步骤3：将步骤1所得的富勒醇用水溶性分散剂分散在步骤2所得的混合溶液中，超声分散均匀后流延干燥成膜，制得富勒醇改性PMMA/PC复合材料。
步骤1中，所述的富勒醇的化学式为C60(OH)24，其分子结构为：
Figure BDA0002257888660000021
在上述步骤1中，所述富勒醇的制备方法具体为：
先将溴代富勒烯与NaOH溶液在恒温水浴中进行搅拌反应；
再将反应所得产物用10倍体积的沉淀剂沉淀，静置10h使沉淀完全；
离心，取沉淀物，用少量超纯水洗涤干净后再用10倍体积的沉淀剂沉淀；反复操作3次，得到富勒醇。
在富勒醇的制备过程中，恒温水浴的温度为30℃，搅拌反应的反应时间为1.5h～2.5h。
所述沉淀剂为甲醇、乙醇、异丙醇中任一种或者两种及以上溶剂的组合。
步骤2中的所述一定溶剂为超纯水、乙醇、异丙醇和正丁醇中任一种或者两种及以上溶剂的组合。
步骤2中的PC与PMMA的质量比为1:1～1:5。
步骤2中所述的PMMA分子量为25000-200000；所述的PC分子量为5000-50000。
步骤3中所述水溶性分散剂包括十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、烷基酚聚氧乙烯基醚中任一种或者两种及以上分散剂的组合。
步骤3中所述水溶性分散剂的添加量为0.1wt％～5wt％，所述富勒醇的添加量为1wt％～10wt％。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
富勒醇是富勒烯的多羟基衍生物，由于具有亲水基团-OH，与PMMA和PC均具有较好的相容性，加入到PMMA/PC复合材料中可有效改善两种材料的相容性。
本发明使用表面含有羟基官能团的富勒醇与PMMA和PC分子链产生氢键相互作用，则可改善富勒醇与PMMA/PC材料的相容性以及增加PMMA与PC的相容性。并且，在高温条件下，聚酯键酯交换生成新的聚酯键，使富勒醇与PMMA通过化学键连接，进一步改善富勒醇在PMMA/PC复合材料中的分散性，最终制备出分散均匀的富勒醇改性PMMA/PC复合材料。
本发明的有益效果是得到的PMMA/PC复合材料不仅有优良的光学性能和物理力学性能，且不会影响材料的使用年限。方法简便，与现有工艺设备相容性好，易于大规模制备。
附图说明
图1为实施例1的膜成品图；
图2为实施例2的膜成品图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
称取300mg溴代富勒烯，置于250mL单口圆底烧瓶中。配制120mL NaOH饱和溶液，倒入上述烧瓶中，玻璃塞密闭，在30℃恒温水浴中搅拌2h。反应结束后得到棕褐色的透明溶液，向混合液中加入10倍体积的甲醇作为沉淀剂，产生大量棕褐色沉淀，静置10h使沉淀完全。离心，取沉淀物，用少量超纯水洗涤干净后再用10倍体积的甲醇沉淀。反复操作3次，得到富勒醇。
称取15g PMMA和15g PC并溶于500mL乙醇中，得到PMMA/PC混合溶液。称取150mg富勒醇和150mg SDBS，加入到上述PMMA/PC混合溶液中，80W频率下水浴超声20min，使SDBS分散。然后在120W的条件下探针超声30min，离心，移取上层均匀悬浮液。均匀流延于载玻片上，60℃真空烘箱中干燥成膜，成品如图1所示。
实施例2
称取200mg溴代富勒烯，置于250mL单口圆底烧瓶中。配制150mL NaOH饱和溶液，倒入上述烧瓶中，玻璃塞密闭，在30℃恒温水浴中搅拌1.5h。反应结束后得到棕褐色的透明溶液，向混合液中加入10倍体积的甲醇作为沉淀剂，产生大量棕褐色沉淀，静置10h使沉淀完全。离心，取沉淀物，用少量超纯水洗涤干净后再用10倍体积的甲醇沉淀。反复操作3次，得到富勒醇。
称取50g PMMA和15g PC并溶于500mL乙醇中，得到PMMA/PC混合溶液。称取250mg富勒醇和500mg SDBS，加入到上述PMMA/PC混合溶液中，80W频率下水浴超声20min，使SDBS分散。然后在120W的条件下探针超声30min，离心，移取上层均匀悬浮液。均匀流延于载玻片上，自然风干干燥成膜，成品如图2所示。
需要说明的是，如上实施例所采用的各种产品及相关参数、各种反应参与物及工艺条件均是较为典型的范例，但经过本案发明人大量试验验证，于上文所列出的其它不同类型的反应参与物及其它工艺条件等也均是适用的，且均可达成本发明所声称的技术效果。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (10)

1.一种富勒醇改性PMMA/PC复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：利用溴代富勒烯与NaOH溶液反应法合成富勒醇；
步骤2：将PMMA和PC溶于一定溶剂中制得混合溶液；
步骤3：将步骤1所得的富勒醇用水溶性分散剂分散在步骤2所得的混合溶液中，超声分散均匀后流延干燥成膜，制得富勒醇改性PMMA/PC复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种富勒醇改性PMMA/PC复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1中所述的富勒醇的化学式为C60(OH)24，其分子结构为：
Figure FDA0002257888650000011
3.根据权利要求1或2所述的一种富勒醇改性PMMA/PC复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述富勒醇的制备方法具体为：
先将溴代富勒烯与NaOH溶液在恒温水浴中进行搅拌反应；
再将反应所得产物用10倍体积的沉淀剂沉淀，静置10h使沉淀完全；
离心，取沉淀物，用少量超纯水洗涤干净后再用10倍体积的沉淀剂沉淀；反复操作3次，得到富勒醇。
4.根据权利要求3所述的一种富勒醇改性PMMA/PC复合材料的制备方法，其特征在于：在富勒醇的制备过程中，恒温水浴的温度为30℃，搅拌反应的反应时间为1.5h～2.5h。
5.根据权利要求3所述的一种富勒醇改性PMMA/PC复合材料的制备方法，其特征在于：所述沉淀剂选自甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种富勒醇改性PMMA/PC复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2中的所述一定溶剂选自超纯水、乙醇、异丙醇和正丁醇中的一种或者多种。
7.根据权利要求3所述的一种富勒醇改性PMMA/PC复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2中的PC与PMMA的质量比为1:1～1:5。
8.根据权利要求3所述的一种富勒醇改性PMMA/PC复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2中所述的PMMA分子量为25000-200000；所述的PC分子量为5000-50000。
9.根据权利要求1所述的一种富勒醇改性PMMA/PC复合材料的制备方法，其特征在于：步骤3中所述水溶性分散剂包括十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、烷基酚聚氧乙烯基醚中任一种或者两种及以上分散剂的组合。
10.根据权利要求1所述的一种富勒醇改性PMMA/PC复合材料的制备方法，其特征在于：步骤3中所述水溶性分散剂的添加量为0.1wt％～5wt％，所述富勒醇的添加量为1wt％～10wt％。
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