一种双亲性丙烯酸酯共聚物表面接枝改性纳米二氧化硅的制备方法

摘要

一种双亲性丙烯酸酯共聚物表面接枝改性纳米二氧化硅的制备方法，属于纳米复合材料领域。本发明首先通过溶胶-凝胶法合成二氧化硅，并用氨基硅烷偶联剂改性；另外通过自由基聚合合成一种双亲性丙烯酸酯共聚物，然后巧妙地运用聚氨酯化学，将共聚物接枝到硅烷偶联剂改性的二氧化硅粒子表面，制备了一种双亲性丙烯酸酯共聚物表面接枝改性的二氧化硅。改性后的二氧化硅在甲苯等非极性溶剂、丙酮等极性溶剂、甲基丙烯酸甲酯等单体中具有很好的分散性，同时在光固化聚氨酯等聚合物中也有很好相容性和分散性，可有效增强改性材料的表面性能(如高硬度、耐划伤等)和力学性能，可作为纳米助剂应用于塑料、橡胶、胶黏剂、光固化涂层以及新型纳米复合材料等领域。

主权项

一种双亲性丙烯酸酯共聚物表面接枝改性二氧化硅的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：(1)溶胶‑凝胶法合成二氧化硅及其表面改性∶按体积比为55∶3.1∶1∶2称取无水乙醇、浓度为28％的氨水、去离子水、正硅酸四乙酯，将上述组分混合均匀，恒温50℃搅拌反应24小时，得到二氧化硅乙醇溶液，向上述二氧化硅乙醇溶液中加入硅烷偶联剂，硅烷偶联剂∶正硅酸四乙酯的体积比为0.1∶1～1∶1，恒温50℃搅拌反应24小时，用无水乙醇离心洗涤3次后即可得硅烷偶联剂改性的二氧化硅；(2)双亲性丙烯酸酯共聚物的合成：按配比将疏水性丙烯酸酯单体、亲水性丙烯酸酯大分子单体与功能性丙烯酸酯单体混合均匀，加入引发剂，缓慢滴加到甲苯溶剂中，于70℃下反应3小时，升温至80℃反应2小时，最后升温至90℃反应1～2小时，直到最终单体转化率达98％以上，即得双亲性丙烯酸酯共聚物；所述亲水性丙烯酸酯大分子单体选用聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯，聚(乙二醇)丙烯酸酯，聚(乙二醇)乙基丙烯酸酯，甲基丙烯酸羟乙酯，丙烯酸羟乙酯，4‑羟基丁基丙烯酸酯，乙基丙烯酸羟乙酯中之一种，其分子量为100～1000；所述功能性单体选用甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸二甲氨基乙酯中之一种；所述的引发剂为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈，其用量为丙烯酸酯单体质量之和的1％～3％；(3)异氰酸酯封端的双亲性丙烯酸酯共聚物的合成：按双亲性共聚物中亲水链段丙烯酸酯单体的羟基∶二异氰酸酯类化合物摩尔比为1∶1.1的配比，将上述步骤(2)的双亲性丙烯酸酯共聚物缓慢滴加有催化剂的二异氰酸酯类化合物中，恒温50℃搅拌反应1～2小时，即可得异氰酸酯封端的双亲性丙烯酸酯共聚物；所述的催化剂为二丁基锡二月桂酸酯或辛酸亚锡，其用量为丙烯酸酯类共聚物和二异氰酸酯类单体质量之和的0.05％～0.5％；(4)双亲性丙烯酸酯共聚物表面接枝改性二氧化硅的合成：将上述步骤(1)的硅烷偶联剂改性二氧化硅超声分散于甲苯中，按硅烷偶联剂改性二氧化硅∶异氰酸酯封端的双亲性丙烯酸酯共聚物的质量比为1∶1～1∶5的配比向其中加入步骤(3)中所得的异氰酸酯封端的双亲性丙烯酸酯共聚物，常温搅拌反应2小时，用甲苯离心洗涤3次后得到双亲性丙烯酸酯共聚物表面接枝改性的二氧化硅。