专利名称：一种聚苯乙烯/凹凸棒土制备纳米复合材料的原位制备方法
技术领域：
本发明属于纳米材料的制备领域，特别涉及一种聚苯乙烯与凹凸棒土制备纳米复合材 料的原位制备方法。
背景技术：
近几年来用纳米级颗粒(Si02、 Ti02、 A1203等)对苯乙烯进行特殊性能改性已有一定的 报道，朱连超，彭红瑞，张志，无机纳米粒子/聚合物复合材料研究进展，青岛化工学院学 报，2002, 23 (2) :27—30，但是这类纳米材料成本较高，因而改性后材料的价格相对也比 较昂贵。因此，寻找一种高效价廉的改性填料成为研究的热点。凹凸棒石又名坡缕石或坡 缕缟石，是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物。凹凸棒石粘土晶体形状为棒状， 纤维状，长0.15jim 5pm，宽0.05pm 0.115阿。凹凸棒粘土具有独特的分散、耐盐碱等 胶体性质和较高的吸附脱色能力，具有一定的可塑性和粘结力，使其在各行各业得到广泛 应用。数十年来，凹凸棒石粘上己在石油化工、日用化工、精细化工、食品加工、新型建 材、环保、轻纺、催化剂、词料、农药等领域得到了广泛的应用PengZQ, Chen DJ. Study on the nonisothermal crystallization behavior of poly(vinyl alcohol)/attapulgite nanocompositesby DSC analysis. J Polym Sci B Polym Phys2006;44:534 - 40.、 Tian M， Qu CD， Feng YX. Structure and properties offibrillar silicate/SBR composites by direct blend process. J Mater Sci 2003;38:4917 -24.。聚苯乙烯(PS)是一种用途广泛的脆性塑料，具有生产工艺简单，原料 来源丰富，熔融时的热稳定性和流动性好，易成型加工，成型收縮率小，成型品尺寸稳定 性好的优点。但是其耐热性较差，只能在较低温度和较低负荷下使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种原位聚合聚苯乙烯(PS) /凹凸棒土(AT)制备纳米复合材 料的方法，该方法简便易行，设备简单，降低苯乙烯复合材料的制造成本，本发明制得的 纳米复合材料不仅具有传统材料的优良性质，而且提高了聚苯乙烯的热稳定性。 本发明的一种原位聚合聚苯乙烯/凹凸棒土制备纳米复合材料的方法，包括 (1)将原土(经过200目筛选)与去离子水(市售)按l: 1-100质量百分比(wt%)混合， 机械搅拌5—100分钟，静置1一36小时，倾出上层液体，重复操作1一5次，以去除水溶 性杂质，如蛋白质，糖类等。补加水后再机械搅拌1-100分钟，倾出上层悬浮液，去除伴 生矿，如石英沙等杂质。悬浮液超声1-100分钟，倒入干净托盘自然风干，球磨(5-100) 分钟，U0。C真空干燥(2 —10)小时，制得凹凸棒土；
(2) 将上述凹凸棒土按质量百分含量(1%—8%)添加到苯乙烯中，超声0.5-40小时；
(3) 按苯乙烯质量0.1%-10%加入自由基引发剂，偶氮二异丁腈AIBN、过氧化二苯甲酰， 水浴(预聚温度)40°-90°C，反应1-10小时，倒入模具(固化温度)50。C-100。C继续5-50小时。
所述步骤(1)的凹凸棒土直径为10—100nm，长度为300—900nm，在聚苯乙烯中呈纳米 尺寸分布。
所述步骤(1)的原土与去离子水，其质量百分比为l: l至l: 20。 所述步骤(2)的凹凸棒土是苯乙烯的质量百分比为1%-8%。 所述步骤(3)的自由基引发剂为偶氮二异丁腈AIBN、过氧化二苯甲酰。 所述步骤(3)的自由基引发剂为偶氮二异丁腈AIBN。
采用超声方法，使凹凸棒土与苯乙烯形成稳定均匀的胶体溶液，然后在胶体溶液中加 入引发剂，加热进行原位聚合。 有益效果
(1) 方法简便易行，设备简单，降低了苯乙烯复合材料的制造成本。
(2) 本发明的纳米复合材料不仅具有传统材料的优良性质，而且提高了聚苯乙烯的热稳 定性。
具体实施例方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术 人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限 定的范围。
实施例l
(1) 现将原土去离子水按(l: 10) (Wt%)的比例混合，机械搅拌50分钟，
静置1小时，倾出上层液体，重复操作5次，补加水后再机械搅拌30分钟，倾出上层悬 浮液，悬浮液超声40分钟，倒入干净托盘自然风干，球磨30分钟，110。C真空干燥2小 时；
(2) 将上述凹凸棒土按质量百分含量(1%)添加到苯乙烯中，超声4小时；
(3) 按苯乙烯质量1%加入偶氮二异丁腈(AIBN)，水浴50。C，反应5小时，倒入模 具60。C继续30小时。
测试结果显示，复合材料初始分解温度359°(:，玻璃化转变温度Tg为95QC，杨氏模 量29MPa。
实施例2
(1) 将原土去离子水按(l: 10) (Wt%)的比例混合，机械搅拌50分钟，静置l小
时，倾出上层液体，重复操作3次，补加水后再机械搅拌30分钟，倾出上层悬浮液，悬 浮液超声40分钟，倒入干净托盘自然风干，球磨30分钟，11(TC真空干燥2小时；
(2) 将上述凹凸棒土按质量百分含量(2%)添加到苯乙烯中，超声5小时；
(3) 按苯乙烯质量1%加入偶氮二异丁腈(AIBN),水浴50。C,反应5小时，倒入 模具60°C继续30小时。
测试结果显示，复合材料初始分解温度365°(:，玻璃化转变温度Tg为97。C，杨氏模 量31MPa。
实施例3
(1) 将原土去离子水按(l: 20) (Wt%)的比例混合，机械搅拌30分钟，静置l小
时，倾出上层液体，重复操作5次，补加水后再机械搅拌30分钟，倾出上层悬浮液，悬 浮液超声40分钟，倒入干净托盘自然风干，球磨30分钟，11(TC真空干燥2小时；
(2) 将上述凹凸棒土按质量百分含量(4%)添加到苯乙烯中，超声4小时；
(3) 按苯乙烯质量1%加入偶氮二异丁腈(AIBN)，水浴50。C，反应5小时，倒入 模具60°<:继续30小时。
测试结果显示，复合材料初始分解温度372。C，玻璃化转变温度Tg为99。C，杨氏模 量33MPa。
实施例4
(1) 将原土去离子水按(h 20) (wt%)的比例混合，机械搅拌50分钟，静置l小 时，倾出上层液体，重复操作3次，补加水后再机械搅拌30分钟，倾出上层悬浮液，悬 浮液超声40分钟，倒入干净托盘自然风干，球磨30分钟，110。C真空干燥2小时；
(2) 将上述凹凸棒土按质量百分含量(8%)添加到苯乙烯中，超声4小时；
(3) 按苯乙烯质量1%加入偶氮二异丁腈(AIBN)，水浴50。C,反应5小时，倒入 模具60。C继续30小时。
测试结果显示，复合材料初始分解温度375eC，玻璃化转变温度Tg为113。C，杨氏模 量36MPa。
权利要求
1.一种聚苯乙烯PS/凹凸棒土AT制备纳米复合材料的原位制备方法，包括(1)将200目筛选的原土与去离子水按11-100质量百分比混合，机械搅拌5—100分钟，静置1—36小时，倾出上层液体，重复操作1—5次，以去除水溶性杂质，补加水后再机械搅拌1-100分钟，倾出上层悬浮液，去除伴生矿，悬浮液超声1-100分钟，倒入干净托盘自然风干，球磨5-100分钟，110℃真空干燥2—10小时，制得凹凸棒土；(2)将上述凹凸棒土按质量百分含量1％—8％添加到苯乙烯中，超声0.5-40小时；(3)按苯乙烯质量0.1％-10％加入自由基引发剂，水浴40°-90℃，反应1-10小时，倒入模具50℃-100℃继续5-50小时。
2. 根据权利要求1所述的聚苯乙烯与凹凸棒土纳米复合材料的原位制备方法，其特征在于， 所述步骤(1)的原土与去离子水，其质量百分比为l: l至h 20。
3. 根据权利要求1所述的聚苯乙烯与凹凸棒土纳米复合材料的原位制备方法，其特征在 于，所述步骤(1)的凹凸棒土直径为10—100nm,长度为300—卯0nm，在聚苯乙烯中呈 纳米尺寸分布。
4. 根据权利要求1所述的聚苯乙烯与凹凸棒土纳米复合材料的原位制备方法，其特征在于， 所述步骤(2)的凹凸棒土为苯乙烯的质量百分比为1%-8%。
5. 根据权利要求1所述的聚苯乙烯与凹凸棒土纳米复合材料的原位制备方法，其特征在 于，所述步骤(3)的自由引发剂为偶氮二异丁腈AIBN或过氧化二苯甲酰BPO。
6. 根据权利要求1所述的聚苯乙烯与凹凸棒土纳米复合材料的原位制备方法，其特征在于， 所述步骤(3)的苯乙烯与偶氮双异丁腈AIBN的质量百分比为0.l。/。-1015/0。
全文摘要
本发明涉及一种聚苯乙烯(PS)/凹凸棒土(AT)纳米复合材料的原位制备方法，包括(1)将原土与去离子水按1∶1-100质量百分比混合，机械搅拌，静置，倾出上层液体，重复操作1-5次，以去除水溶性杂质，补加水后再机械搅拌，倾出上层悬浮液，去除伴生矿；悬浮液超声，倒入干净托盘自然风干，球磨，110℃真空干燥；(2)将上述凹凸棒土按质量分含量1％-8％添加到苯乙烯中，超声；(3)按苯乙烯质量0.1％-10％加入AIBN水浴反应，倒入模具继续5-50小时。本制备方法简便易行，设备简单，降低了苯乙烯复合材料的制造成本，制得的纳米复合材料不仅具有传统材料的优良性质，而且提高了聚苯乙烯的热稳定性。
文档编号C08F2/44GK101367894SQ20081020036
公开日2009年2月18日 申请日期2008年9月24日 优先权日2008年9月24日
发明者吴建儒, 孙岩岩, 张清华, 戴羚羚, 罗伟强, 陈大俊 申请人:东华大学