本發(fā)明涉及一種聚甲基丙烯酸甲酯和離子液體共混熱塑性復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于復(fù)合材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、熱塑性高分子材料具有高強(qiáng)度、低成本及可再加工等優(yōu)點(diǎn)。但是熱塑性高分子材料在室溫下大多為脆性聚合物，這限制了其更廣泛的應(yīng)用，因此實(shí)現(xiàn)熱塑性高分子材料的增韌對(duì)其工程應(yīng)用十分重要。聚甲基丙烯酸甲酯作為一種常用的熱塑性塑料，因其具有優(yōu)異的光學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于光學(xué)領(lǐng)域。但是聚甲基丙烯酸甲酯在室溫下表現(xiàn)為脆性斷裂，斷裂伸長(zhǎng)率約為5％，這大大限制了其在工程上的應(yīng)用。市售的聚甲基丙烯酸甲酯商品通常含有鄰苯二甲酸酯類增塑劑，在高溫下鄰苯二甲酸增塑劑具有一定的揮發(fā)性，這會(huì)導(dǎo)致聚甲基丙烯酸甲酯力學(xué)性能下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

2、一種熱塑性復(fù)合材料，所述熱塑性復(fù)合材料通過將聚合物和離子液體共混得到，所述聚合物為聚甲基丙烯酸甲酯。

3、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述離子液體游離分散在聚合物主鏈的周圍，而不改變聚合物主鏈的結(jié)構(gòu)。

4、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，以每100質(zhì)量份的聚甲基丙烯酸甲酯計(jì)，所述熱塑性復(fù)合材料的原料至少包括：

5、聚甲基丙烯酸甲酯???????????????????100質(zhì)量份

6、離子液體???????????????????????????10～100質(zhì)量份。

7、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述離子液體選自1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽，1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽和1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽中的至少一種。

8、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述離子液體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為-50℃～-100℃，例如為-80℃。

9、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述聚甲基丙烯酸甲酯的結(jié)構(gòu)式如式(1)所示：

10、

11、其中，n選自1000～100000，例如為1000、5000、10000、50000、100000。

12、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述聚甲基丙烯酸甲酯的重均分子量?jī)?yōu)選為200000-1500000，例如為200000、300000、500000、800000、1000000。

13、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述原料中，離子液體為20質(zhì)量份、30質(zhì)量份、40質(zhì)量份、50質(zhì)量份、60質(zhì)量份、70質(zhì)量份、80質(zhì)量份、90質(zhì)量份。

14、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述原料中，聚甲基丙烯酸甲酯和離子液體的質(zhì)量比為100:(10～100)，例如為100:20、100:30、100:40、100:50、100:60、100:70、100:80、100:90。

15、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，離子液體中的咪唑陽(yáng)離子和聚甲基丙烯酸甲酯的酯基之間通過氫鍵相互作用，所述離子液體游離分散在聚合物主鏈的周圍，且二者可以實(shí)現(xiàn)任意比例互容，例如為聚甲基丙烯酸甲酯和離子液體的質(zhì)量比為100:(10～100)。

16、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，相較于聚甲基丙烯酸甲酯，所述熱塑性復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低1～100℃，例如為10～100℃。

17、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述熱塑性復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為10～110，例如為106.5℃、103.8℃、98.5℃、76.3℃、70.3℃、67.2℃、35.7℃、24.5℃、19.6℃。

18、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述熱塑性復(fù)合材料具有較好的力學(xué)性能。

19、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述熱塑性復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為1-50mpa，例如為2mpa、10mpa、20mpa、30mpa、40mpa、48.97mpa。

20、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述熱塑性復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率為1％-650％，例如為4％、5％、10％、50％、100％、200％、300％、400％、500％、600％。

21、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述熱塑性復(fù)合材料具有很好的透明性，透明度可以達(dá)到90％以上，例如為90.5％、91.0％、91.5％。

22、本發(fā)明還提供上述熱塑性復(fù)合材料的制備方法，所述制備方法包括：通過共溶劑將上述原料溶解，混合均勻后，再將共溶劑揮發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)共混，制備得到所述熱塑性復(fù)合材料。

23、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述原料具有如上文所述的含義。

24、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述共溶劑可以選自二氯甲烷、四氫呋喃、三氯甲烷中的至少一種，例如為二氯甲烷、四氫呋喃。

25、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述溶解可選用本領(lǐng)域已知的方法進(jìn)行，例如選自下述方式中的至少一種：

26、方式一：將聚甲基丙烯酸甲酯和離子液體分別溶解在共溶劑中后，混合均勻；

27、方式二：先將聚甲基丙烯酸甲酯溶解在共溶劑中、再加入離子液體溶解后，混合均勻；

28、方式三：先將離子液體溶解在共溶劑中、再加入聚甲基丙烯酸甲酯溶解后，混合均勻。

29、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述共溶劑可選用本領(lǐng)域已知的用量，只要能實(shí)現(xiàn)原料的溶解即可。示例性地，以每100質(zhì)量份的聚甲基丙烯酸甲酯計(jì)，共溶劑的用量為10-10000質(zhì)量份，例如為1000質(zhì)量份。

30、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，溶解時(shí)的混合條件可選用本領(lǐng)域已知的條件，例如混合溫度為25℃。

31、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，當(dāng)溶液澄清透明時(shí)停止混合。

32、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述共溶劑的揮發(fā)條件可選用本領(lǐng)域已知的條件，例如揮發(fā)溫度為25℃。

33、本發(fā)明還提供上述熱塑性復(fù)合材料的應(yīng)用，所述熱塑性復(fù)合材料可用于加工成型領(lǐng)域，如模壓、壓延、擠出、注射等。本發(fā)明中，所述熱塑性復(fù)合材料可以通過本領(lǐng)域已知的熱塑性塑料加工技術(shù)用于加工成型領(lǐng)域。

34、有益效果：

35、聚甲基丙烯酸甲酯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大約為110-130℃，在室溫下為玻璃態(tài)，所以其斷裂為脆性斷裂。本發(fā)明選擇的離子液體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大約為-80℃，而且是與聚甲基丙烯酸甲酯相容的，因此離子液體起到了增塑劑的作用。

36、與現(xiàn)有的熱塑性復(fù)合材料相比，本發(fā)明的熱塑性復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度得到有效降低，且所述的共混熱塑性復(fù)合材料具有相容性好，透明性高，韌性強(qiáng)，以及力學(xué)性能易調(diào)節(jié)。

37、本發(fā)明通過將聚甲基丙烯酸甲酯與離子液體共混后獲得具有不同力學(xué)性能的熱塑性復(fù)合材料，且熱塑性復(fù)合材料的力學(xué)性能覆蓋彈性體到韌性塑料的范圍。測(cè)試結(jié)果表明：

38、1.該共混熱塑性復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能，拉伸強(qiáng)度最高可達(dá)48mpa，而斷裂伸長(zhǎng)率最長(zhǎng)可達(dá)620％，可以滿足不同場(chǎng)景下的應(yīng)用。

39、2.該共混熱塑性復(fù)合材料具有易調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)聚甲基丙烯酸甲酯和離子液體的質(zhì)量比，可以方便地調(diào)節(jié)力學(xué)材料的斷裂伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度。

技術(shù)特征：

1.一種熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，所述熱塑性復(fù)合材料通過將聚合物和離子液體共混得到，所述聚合物為聚甲基丙烯酸甲酯；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，以每100質(zhì)量份的聚甲基丙烯酸甲酯計(jì)，所述熱塑性復(fù)合材料的原料至少包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，所述離子液體選自1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽，1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽和1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽中的至少一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯的結(jié)構(gòu)式如式(1)所示：

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，所述原料中，聚甲基丙烯酸甲酯和離子液體的質(zhì)量比為100:(10～100)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，相較于聚甲基丙烯酸甲酯，所述熱塑性復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低1～100℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，所述熱塑性復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為1-50mpa。

8.權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的熱塑性復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：通過共溶劑將上述原料溶解，混合均勻后，再將共溶劑揮發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)共混，制備得到所述熱塑性復(fù)合材料。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述共溶劑選自二氯甲烷、四氫呋喃、三氯甲烷中的至少一種。

10.權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的熱塑性復(fù)合材料的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種聚甲基丙烯酸甲酯和離子液體共混熱塑性復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的熱塑性復(fù)合材料通過將聚合物和離子液體共混得到，所述聚合物為聚甲基丙烯酸甲酯；所述離子液體游離分散在聚合物主鏈的周圍，而不改變聚合物主鏈的結(jié)構(gòu)本發(fā)明通過調(diào)控聚甲基丙烯酸甲酯和離子液體的用量比，制得的熱塑性復(fù)合材料具有不同力學(xué)性能，且熱塑性復(fù)合材料的力學(xué)性能覆蓋彈性體到韌性塑料的范圍。本發(fā)明的熱塑性復(fù)合材料可應(yīng)用在加工成型領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：劉琛陽(yáng),杜明軒,張寶慶,徐曠杰,韓林雪,汪石容,喬欣
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2