Ag/PMMA纳米复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种Ag/PMMA纳米复合材料的制备方法，具体是：以PMMA作为聚合物基体，PMMA是聚甲基丙烯酸甲酯的英文缩写，以硝酸银为Ag源，以PVP为分散剂，PVP是聚乙烯基吡咯烷酮的英文缩写，以DMF为反应溶剂和还原剂，DMF是N，N-二甲基甲酰胺的英文缩写，将它们加热反应后得到含有Ag纳米粒子的Ag/PMMA纳米溶胶；再将Ag/PMMA纳米溶胶采用溶剂沉淀法以除去还原剂DMF，最后经干燥后加热成型得到Ag/PMMA纳米复合材料。本发明专利技术的制备工艺简单，可以有效解决传统方法制备Ag/PMMA纳米复合材料时Ag纳米粒子的团聚现象，并实现Ag纳米粒子粒径、形貌的精确设计和调控。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于在聚合物环境中以DMF为还原剂合成金属纳米粒子，并要求制备 出聚合物基纳米复合材料的的研究领域，特别是涉及一种Ag/PMMA纳米复合材料的制备方 法。
技术介绍
N, N- 二甲基甲酰胺(DMF)是最常见的既可溶解聚合物、又可还原金属纳米粒子的 有机溶剂，它使得在聚合物环境中一步还原得到金属纳米粒子成为可能。近些年对DMF还 原Ag+的机理及过程都有大量的研究报道，并已经成功将该方法制备Ag/PMMA纳米复合薄 膜材料，并用于光学、电学的研究领域。但是由于DMF沸点较高(153°C)，脱除过程较慢，同 时由于DMF的还原作用，在加热环境下又会对Ag纳米粒子的粒径及形貌产生一定影响，使 得最终的Ag纳米粒子形貌和粒径不再可控。这对块体Ag/PMMA纳米复合材料的制备影响 更大，往往在加热除去DMF还原剂的同时，DMF的强还原性会对新生成的Ag纳米粒子发生 刻蚀作用，使得小粒子不断溶解、大粒子不断长大的“大鱼吃小鱼”现象^g纳米粒子不断长 大而发生沉淀。溶剂沉淀法可以很好的解决上述存在的问题，具体来讲是使用一种与DMF互溶但 又与PMMA不溶的溶剂，使PMMA在DMF中的溶解度显著降低而发生沉淀和分离的方法。常用 的溶剂有水、乙醇、甲醇、丙酮、异丙醇、氯仿等，对不同体系选择不同的溶剂尤其重要。研究 表明，不同的有机溶剂对PMMA的沉淀速率是不同的。如使用水或者甲醇作为溶剂时，PMMA 沉淀速率太快，滴入的Ag/PMMA溶胶在溶剂中直接形成密实的壳层沉淀，芯部还包裹着大 量溶胶，沉淀效率较差；如使用丙酮时，PMMA沉淀速率较慢，并有小部分PMMA溶解到丙酮 中，沉淀效率也较差。当选用乙醇作为反溶剂，各种情况都有较好的改善，在强机械搅拌条 件下，将Ag/PMMA纳米胶体缓慢滴加到乙醇溶剂中，原位生成的Ag纳米粒子随着PMMA —起 发生沉淀。通过该步骤，除去了高沸点的还原性溶剂DMF，在后期干燥过程中Ag纳米粒子 仍然均勻稳定的存在于PMMA基体中，使得稳定可控的Ag/PMMA纳米复合材料的制备成为可 能。对国内外专利与文献的查新结果表明目前还没有采用溶剂沉淀的方法除去高沸 点DMF溶剂制备块体Ag/PMMA纳米复合材料的研究报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种在PMMA基体中采用DMF还原Ag纳米粒 子后，将还原性溶剂DMF完全除去而不影响Ag纳米粒子形貌和粒径的方法，该方法简便可 行，并可以制备出Ag纳米粒子稳定均勻的块体Ag/PMMA纳米复合材料。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案本专利技术提供的，具体是以PMMA作为聚合物基体， PMMA是聚甲基丙烯酸甲酯的英文缩写，以硝酸银为Ag源，以PVP为分散剂，PVP是聚乙烯基吡咯烷酮的英文缩写，以DMF为反应溶剂和还原剂，DMF是N，N- 二甲基甲酰胺的英文缩写， 将它们加热反应后得到含有Ag纳米粒子的Ag/PMMA纳米溶胶；再将Ag/PMMA纳米溶胶采用 溶剂沉淀法以除去还原剂DMF，最后经干燥后加热成型得到Ag/PMMA纳米复合材料，其按下 述步骤进行(1)将PMMA和PVP加入到DMF中，并于不断搅拌形成均勻混合体系，PMMA与PVP的质 量比为(20 200) 1 ；PMMA与DMF的质量比为1 :(10 30)；(2)将AgNO3加入到上述均勻混合体系中，在80 140°C温度下不断加热和搅拌，反应 5 120分钟得到Ag/PMMA纳米溶胶，AgNO3与PMMA的质量比为1 (1000 20)；(3)将Ag/PMMA纳米溶胶倒入机械搅拌条件的乙醇溶剂中，得到Ag/PMMA沉淀，过滤并 用新鲜乙醇洗涤沉淀2 3次，其中Ag/PMMA纳米溶胶与乙醇溶剂的体积比为1 (5 10);(4)将Ag/PMMA沉淀置于60 100°C环境中充分干燥后，再在160 200°C加热条件下 挤塑成型或者热压成型，得到Ag/PMMA纳米复合材料。所述PVP的加入量由AgNO3的加入量决定，PVP与AgNO3的摩尔比为1 1。所述的PMMA平均分子量为250，000 ；350，000。所述的PVP平均分子量为35，000 45，000。所述Ag纳米粒子是在PMMA基体中被DMF —步还原，通过调节反应温度(80 1400C )、反应时间(5 120分钟)以及PMMA、AgNO3和DMF之间的比例使Ag纳米粒子在PMMA 基体中均勻分散，其粒径分布为20 50nm可控，形貌为球状、圆盘状、三角板、六角板或十 面体形状。本专利技术与现有技术相比具有以下主要的优点本专利技术提供了 一种在聚合物PMMA环境中原位合成Ag纳米粒子的方法，并控制Ag纳米 粒子的形貌和粒径生长，实现^Vg纳米粒子在PMMA中均勻稳定分布。最终采用反溶剂沉淀法 除去具有还原性的DMF溶剂，有效防止DMF脱除过程中对Ag纳米粒子的熟化和刻蚀作用， 保证在后期热处理过程中对Ag纳米粒子的粒径、形貌影响较小，并实现Ag/PMMA纳米复合 材料中Ag纳米粒子含量、形貌和粒径分布的可控设计与制备。附图说明图1是Ag/PMMA纳米溶胶的制备装置简图。图2是Ag/PMMA纳米溶胶在乙醇反溶剂中沉淀的装置简图。图3是具体实例1 4制备的Ag/PMMA纳米溶胶的紫外可见吸收光谱。图4是具体实例1制备的Ag/PMMA纳米复合材料的Ag纳米粒子TEM照片。图5是具体实例4制备的Ag/PMMA纳米复合材料的Ag纳米粒子TEM照片。图6是具体实例5 6制备的Ag/PMMA纳米溶胶的紫外可见吸收光谱。图7是具体实例5制备的Ag/PMMA纳米复合材料的Ag纳米粒子TEM照片。图8是具体实例6制备的Ag/PMMA纳米复合材料的Ag纳米粒子TEM照片。图9是具体实例7制备的Ag/PMMA纳米复合材料的Ag纳米粒子TEM照片。图10是制备Ag/PMMA纳米复合材料的工艺流程图。具体实施例方式本专利技术提供的，具体是以PMMA作为聚合物基 体，PMMA是聚甲基丙烯酸甲酯的英文缩写，以硝酸银为Ag源，以PVP为分散剂，PVP是聚乙 烯基吡咯烷酮的英文缩写，以DMF为反应溶剂和还原剂，DMF是N，N- 二甲基甲酰胺的英文 缩写，将它们加热反应后得到含有Ag纳米粒子的Ag/PMMA纳米溶胶；再将Ag/PMMA纳米溶 胶采用溶剂沉淀法以除去还原剂DMF，最后经干燥后加热成型得到Ag/PMMA纳米复合材料。本专利技术按下述方法制备Ag/PMMA纳米复合材料，其步骤包括(1)将PMMA和PVP加入到DMF中，并于不断搅拌形成均勻混合体系，PMMA与PVP的质 量比为(20 200) 1 ；PMMA与DMF的质量比1 :(10 30)；(2)将AgNO3快速加入到上述均勻混合体系中，在80 140°C温度下不断加热和搅拌， 反应5 120分钟得到Ag/PMMA纳米溶胶，AgNO3与PMMA的质量比为1 (1000 20)；(3)将Ag/PMMA纳米溶胶倒入机械搅拌条件的乙醇溶剂中，得到Ag/PMMA沉淀，过滤并 用新鲜乙醇洗涤沉淀2 3次，其中Ag/PMMA纳米溶胶与乙醇溶剂的体积比为1 (5 10);(4)将Ag/PMMA沉淀置于60 100°C环境中充分干燥后，再在160 200°C加热条件下 挤塑成型或者热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ａｇ／ＰＭＭＡ纳米复合材料的制备方法，其特征是以ＰＭＭＡ作为聚合物基体，ＰＭＭＡ是聚甲基丙烯酸甲酯的英文缩写，以硝酸银为Ａｇ源，以ＰＶＰ为分散剂，ＰＶＰ是聚乙烯基吡咯烷酮的英文缩写，以ＤＭＦ为反应溶剂和还原剂，ＤＭＦ是Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺的英文缩写，将它们加热反应后得到含有Ａｇ纳米粒子的Ａｇ／ＰＭＭＡ纳米溶胶；再将Ａｇ／ＰＭＭＡ纳米溶胶采用溶剂沉淀法以除去还原剂ＤＭＦ，最后经干燥后加热成型得到Ａｇ／ＰＭＭＡ纳米复合材料，其按下述步骤进行：（１）将ＰＭＭＡ和ＰＶＰ加入到ＤＭＦ中，并于不断搅拌形成均匀混合体系，ＰＭＭＡ与ＰＶＰ的质量比为（２０～２００）∶１；ＰＭＭＡ与ＤＭＦ的质量比为１∶（１０～３０）；（２）将ＡｇＮＯ↓［３］加入到上述均匀混合体系中，在８０～１４０℃温度下不断加热和搅拌，反应５～１２０分钟得到Ａｇ／ＰＭＭＡ纳米溶胶，ＡｇＮＯ↓［３］与ＰＭＭＡ的质量比为１∶（１０００～２０）；（３）将Ａｇ／ＰＭＭＡ纳米溶胶倒入机械搅拌条件的乙醇溶剂中，得到Ａｇ／ＰＭＭＡ沉淀，过滤并用新鲜乙醇洗涤沉淀２～３次，其中Ａｇ／ＰＭＭＡ纳米溶胶与乙醇溶剂的体积比为１∶（５～１０）；（４）将Ａｇ／ＰＭＭＡ沉淀置于６０～１００℃环境中充分干燥后，再在１６０～２００℃加热条件下挤塑成型或者热压成型，得到Ａｇ／ＰＭＭＡ纳米复合材料。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈强，熊远禄，罗国强，张晓光，陈程，李美娟，张联盟，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83