专利名称：一种具层状孔道结构的介孔高分子/氧化硅纳米复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于纳米新材料技术领域，尤其涉及一种具一维层状孔道结构的介孔纳米复合材料及其制备方法，具体涉及一种具一维层状孔道结构的介孔高分子/氧化硅纳米复合材料及其制备方法。
背景技术：
有机/无机纳米复合材料不仅具有有机组分的柔韧性、疏水和易官能化的特点，同时还具有无机组分高的热稳定性和机械强度等性能。对于介孔纳米复合材料，不仅具有孔道大小均勻、排列有序、孔径可在2 50nm范围内连续可调等优良的特性，而且还具有独特的纳米空间效应，因而在催化、吸附、分离、光电子器件以及超级电容器电极材料等许多领域具有重要的潜在用途。介孔高分子/氧化硅纳米复合材料是一种重要的介孔纳米复合材料，比单一介孔高分子或介孔氧化硅材料具有更加优良的热、导电、机械和化学性能等。同时，体系中的氧化硅组分可以有效克服单纯有机体系碳化过程中骨架收缩严重、孔径小、比表面积低等缺
点ο目前，介孔高分子/氧化硅纳米复合材料的合成方法主要有介孔氧化硅的表面官能化、后嫁接法和三元共组装方法。介孔氧化硅的表面官能化方法是利用含有机官能团的硅源或特殊的表面活性剂合成表面官能化的介孔有机氧化硅，此法中硅试剂和表面活性剂原料昂贵并且难以合成，不利于大批量生产；后嫁接法是在介孔氧化硅材料中填充聚合物或碳，该方法操作繁琐、不经济，而且聚合过程很难控制，容易造成孔道堵塞；三元共组装法是复旦大学先进材料实验室赵东元教授课题组于2006年率先报道的，首先通过商品化的三嵌段共聚物、正硅酸乙酯和酚醛树脂预聚体的三元共组装合成介孔高分子/氧化硅纳米复合材料，该法克服了前两种方法的缺点，但是采用该方法仅能得到具有二维六方p6m结构的介孔高分子/氧化硅纳米复合材料。而具有一维层状孔道结构的介孔高分子/氧化硅纳米复合材料至今未见文献报道。含硅表面活性剂是随着有机硅新型材料发展起来的一种新型表面活性剂，在水和非水体系中都具有优异的表面活性，可使表面张力降为20 mN/m左右，在低能表面也具有良好的润湿和铺展性，同时还具有热稳定性好、生理安全等特点。嵌段共聚物聚二甲基硅氧烷-聚氧乙烯(PDMS-PEO)是一种新型有机硅表面活性剂，由性能差别很大的聚硅氧烷链段和聚醚链段通过化学键连接而成。其中，聚硅氧烷是含硅的有机化合物，交替出现的硅结构赋予其许多优良的性能，如低表面张力，优良的粘温性能，柔顺性和在极性表面展布性以及良好的疏水性和适合在宽温度范围下的使用性能等；亲水性的聚醚链段赋予聚硅氧烷以水溶性，使其既具有传统聚硅氧烷的耐高低温、抗老化、低表面张力等优异性能，又具有润滑、 柔软、良好的铺展性和乳化稳定性等。除此之外，PDMS-PEO嵌段共聚物还具有生物相容性、 良好的适应性和低的玻璃化温度。迄今为止，虽然利用阳离子/非离子、阳离子/阴离子和非离子/非离子表面活性
4剂之间的复配来制备有序介孔材料的工作已有许多报道。但是，采用PDMS-PEO作为共模板剂来制备高度有序介孔高分子/氧化硅纳米复合材料的工作还鲜有报道。
发明内容
本发明目的在于提出一种具一维层状孔道结构的介孔高分子/氧化硅纳米复合材料，该材料在吸附、分离和催化等领域具有广泛的应用前景。本发明的另一目的在于提供上述纳米复合材料的制备方法。本发明的目的是通过如下技术措施实现的
一种具一维层状孔道结构的介孔高分子/氧化硅纳米复合材料，其特征在于它是采用两嵌段聚合物聚二甲基硅氧烷-聚氧乙烯(PDMS-PEO)和三嵌段聚合物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(ΡΕ0-ΡΡ0-ΡΕ0，P123)为混合结构导向剂，酚醛树脂预聚体为碳源前驱体， 进行混合、反应得As-made中间体，再经焙烧制得；所述As-made中间体，其小角X射线散射 (SAXS)图谱中，具有三个^值比为1:2:3的衍射峰。上述As-made中间体，它具有如
图1中a所示的小角X射线散射曲线。上述具一维层状孔道结构的介孔高分子/氧化硅纳米复合材料的氮气吸附/脱附等温线具有三角形滞后环。上述具一维层状孔道结构的介孔高分子/氧化硅纳米复合材料的制备方法，其特征在于将两嵌段聚合物聚二甲基硅氧烷-聚氧乙烯(PDMS-PEO)和三嵌段聚合物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(PE0-PP0-PE0，P123)溶液，酚醛树脂预聚体溶液混合、烘干反应， 再经焙烧制得具一维层状孔道结构的介孔高分子/氧化硅纳米复合材料；所述烘干时间为 20 30h，温度为80 100°C。上述PDMS-PEO和P123的溶液是将PDMS-PEO和P123溶于溶剂中制得，上述酚醛树脂预聚体溶液是将酚醛树脂预聚体溶于溶剂中制得；所述溶剂可为甲苯、无水乙醇、THF (四氢呋喃)等，最优选采用THF作为溶剂。本发明PDMS-PEO嵌段共聚物，优选为凡=3012，DMS32-EO20的PDMS-PEO ；本发明聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷(ΡΕ0-ΡΡ0-ΡΕ0)，其Iw = 5800, Ε02(ΓΡ07(ΓΕ02(1，商品名 Ρ123;均为市售产品。上述碳源前躯体酚醛树脂预聚体Resol，分子量为400 < Mw < 500，其网状交联结构如下
权利要求
1.一种具一维层状孔道结构的介孔高分子/氧化硅纳米复合材料，其特征在于它是采用两嵌段聚合物聚二甲基硅氧烷-聚氧乙烯(PDMS-PEO)和三嵌段聚合物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(ΡΕ0-ΡΡ0-ΡΕ0，P123)为混合结构导向剂，酚醛树脂预聚体为碳源前驱体， 进行混合、反应得As-made中间体，再经焙烧制得；所述As-made中间体，其小角X射线散射 (SAXS)图谱中，具有三个^值比为1:2:3的衍射峰。
2.如权利要求1所述的纳米复合材料，其特征在于所述As-made中间体，它具有如图 1中a所示的小角X射线散射曲线。
3.如权利要求1或2所述的纳米复合材料，其特征在于所述具一维层状孔道结构的介孔高分子/氧化硅纳米复合材料的氮气吸附/脱附等温线具有三角形滞后环。
4.如权利要求1 3任一项所述具一维层状孔道结构的介孔高分子/氧化硅纳米复合材料的制备方法，其特征在于将两嵌段聚合物聚二甲基硅氧烷-聚氧乙烯(PDMS-PEO)和三嵌段聚合物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(PE0-PP0-PE0，P123)的THF溶液，与酚醛树脂预聚体的THF溶液混合、烘干反应，再经焙烧制得具一维层状孔道结构的介孔高分子/氧化硅纳米复合材料；所述烘干时间为20 30h，温度为80 100°C。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述PDMS-PEO嵌段共聚物，为礼=3012， DMS32-EO20 的 PDMS-PEO。
6.如权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于所述焙烧是将所述As-made中间体在30(T40(TC焙烧2 4h。
7.如权利要求4、5或6所述的制备方法，其特征在于所述酚醛树脂预聚体的THF溶液的质量百分浓度为15 40wt% ；PDMS-PEO和P123的THF溶液中，PDMS-PE0和P123的质量百分浓度为2 5wt%。
8.如权利要求4、5、6或7所述的制备方法，其特征在于所述PDMS-PE0、P123和Resol 的质量比为(0. 8 1. 1) (0. 8 1. 1) (2. 5 3. 5)。
9.如权利要求4所述的方法，按如下步骤进行将P123和PDMS-PEO溶于THF中，38 45°C搅拌8 15 min得到均勻透明的溶液，然后加入酚醛树脂预聚体Resol的THF溶液、搅拌0.3、. 7 h得到均勻的溶液；上述物质的质量比为PDMS-PEO :P123 =Resol =1:1:3 ；酚醛树脂预聚体的THF溶液的质量百分浓度为20wt%, PDMS-PEO和P123的THF溶液中，PDMS-PEO和P123的质量百分浓度为3. 2wt% ；将上述溶液转移到培养皿中，室温下挥发5 8 h，再将培养皿置于100°C烘箱内Mh，得到透明的橙黄色薄膜材料；将上述材料从培养皿上刮下，研磨成粉末，得到As-made样品；将上述As-made样品置于管式炉中在氮气气体保护下进行焙烧，30(T40(TC焙烧2 4h 得到具一维层状孔道结构的介孔高分子/氧化硅纳米复合材料，升温速度为5°C /min。
10.如权利要求4所述的方法，按如下步骤进行将 0.5 g P123 和 0.5 g PDMS-PEO溶于 30. O g 四氢呋喃(THF)中，40°C搅拌 10 min, 得到均一透明的溶液；然后加入7.5g 20 wt %酚醛树脂预聚体的THF溶液，搅拌0. 得到均勻的溶液；将上述溶液转移到培养皿中，室温下挥发5 8 h，再将培养皿置于100°C烘箱内Mh， 得到透明的橙黄色薄膜材料；将上述材料从培养皿上刮下，研磨成粉末，得到As-made样Pm ；将As-made样品置于管式炉中在350°C氮气气体保护下进行焙烧池制得具一维层状孔道结构的介孔高分子/氧化硅纳米复合材料，升温速度为5°C /min。
全文摘要
一种具一维层状孔道结构的介孔高分子/氧化硅纳米复合材料，它是采用PDMS-PEO和P123为混合结构导向剂，酚醛树脂预聚体为碳源前驱体，混合、反应得As-made中间体，再经焙烧制得；所述As-made中间体，其小角X射线散射(SAXS)图谱中，具有三个q值比为1:2:3的衍射峰。本发明纳米复合材料的层状结构的热稳定范围在300~380℃，层间距在8~15nm范围内，比表面积、孔容和孔径分别500~900m2/g,0.40~0.58cm3/g和4.5~5.6nm。本发明纳米复合材料特别适合用于低介电常数涂层、膜分离、传感器、光学材料等领域。同时本发明制备方法不需要引入昂贵的硅烷试剂，还避免了传统的溶胶-凝胶过程，大大简化了介孔高分子/氧化硅纳米复合材料的制备过程，开辟了一条新型的经济合理、可操作性强的介孔高分子/氧化硅纳米复合材料的合成路线。
文档编号B01J13/02GK102389754SQ201110208129
公开日2012年3月28日 申请日期2011年7月25日 优先权日2011年7月25日
发明者刘玉荣 申请人:重庆文理学院