一种聚合物包覆改性的钛白粉及其制备方法和应用

本发明涉及玻璃纤维增强聚合物复合材料，具体涉及一种聚合物包覆改性的钛白粉及其制备方法和应用。

背景技术：

1、玻璃纤维作为增强填料在工程塑料领域有着广泛的应用，玻璃纤维的加入不仅可以大幅提升聚合物的力学强度，而且还能够明显改善材料的尺寸稳定性、抗翘曲性能、耐热性、抗老化性能、电绝缘性和耐疲劳性能等，使得玻璃纤维增强复合材料在以塑代钢的轻量化应用领域具有十分广阔的应用前景。随着市场的多元化发展，人们对材料的外观颜色也提出了新的要求，常见的玻璃纤维增强聚合物复合材料主要以白色和黑色为主。目前，制备白色玻璃纤维增强聚合物复合材料的颜料主要是硫化锌，但硫化锌存在白度低、遮盖力一般、易黄变等问题，难以完全满足实际应用要求。

2、钛白粉具有白度高、遮盖力强、化学性能稳定等优点，且地球上钛矿资源丰富，钛白粉的价格相对低廉，为制备钛白粉增白玻璃纤维增强聚合物复合材料提供了良好的工业基础。然而，钛白粉作为白色颜料直接加入到玻璃纤维增强聚合物复合材料中会导致材料的力学性能(尤其是缺口冲击强度)大幅下降(即使钛白粉的添加量低于0.1wt％，复合材料的缺口冲击强度也会下降50％以上)，因此需要对钛白粉进行改性。cn 115895295a公开了一种玻纤增强尼龙专用型二氧化钛颜料的制备方法，通过利用无机物zns和硅烷偶联剂共同对钛白粉进行包覆改性，并将得到的复合包覆改性钛白粉用于制备玻璃纤维增强尼龙复合材料，但该改性方法不仅流程复杂，而且采用的原料价格昂贵，此外，得到的复合包覆改性钛白粉本身不具备改善玻璃纤维增强尼龙复合材料的白度的效果，且对玻璃纤维增强尼龙复合材料的缺口冲击强度的负面影响依旧较大。

3、因此，开发一种白度高、用于玻璃纤维增强复合材料不会影响其力学性能、制备工艺简单、价格低廉的改性钛白粉具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种聚合物包覆改性的钛白粉及其制备方法和应用。

2、本发明所采取的技术方案是：

3、一种聚合物包覆改性的钛白粉，其组成包括钛白粉和包覆在钛白粉表面的有机聚合物层；所述有机聚合物层中的有机聚合物为聚烯烃、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺中的至少一种。

4、优选地，所述有机聚合物层中的有机聚合物为聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺中的至少一种。

5、优选地，所述有机聚合物层的厚度为10nm～2μm。

6、一种如上所述的聚合物包覆改性的钛白粉的制备方法包括以下步骤：

7、1)将钛白粉和表面活性剂分散在水中，得到钛白粉悬浊液；

8、2)将单体和交联剂分散在钛白粉悬浊液中，得到反应物混合液；

9、3)将引发剂加入反应物混合液中进行交联反应，再进行产物分离和纯化，即得聚合物包覆改性的钛白粉。

10、优选地，步骤1)所述表面活性剂的用量为钛白粉重量的0.01％～10％。

11、优选地，步骤1)所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、椰子油酸钠中的至少一种。上述表面活性剂有利于其在钛白粉表面形成稳定的表界面胶束，而胶束的形状和厚度会影响钛白粉的表面形状和硬度。

12、优选地，步骤1)所述分散的方式为超声分散，分散的时间为0.5h～2h。

13、优选地，步骤2)所述单体的用量为钛白粉重量的0.1％～20％。

14、优选地，步骤2)所述单体为烯烃、丙烯酸、丙烯酸酯、丙烯酰胺中的至少一种。

15、进一步优选地，步骤2)所述单体为苯乙烯、丙烯腈、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酰胺中的至少一种。上述单体有利于在钛白粉的表界面胶束中形成稳定的交联聚合物层，且交联聚合物不易在加工时发生分解和黄变。

16、优选地，步骤2)所述交联剂的用量为单体重量的1％～50％。

17、优选地，步骤2)所述交联剂为二缩三丙二醇二丙烯酸酯、二乙烯基苯、n,n'-亚甲基双丙烯酰胺、乙二醇二丙烯酸酯、n,n'-间苯撑双马来酰亚胺、三烯丙基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的至少一种。上述交联剂含有多个碳-碳双键，能够与聚合物发生交联反应形成网状结构。

18、优选地，步骤2)所述分散的方式为超声分散，分散的时间为0.5h～2h。

19、优选地，步骤3)所述引发剂的用量为单体重量的0.1％～100％。

20、优选地，步骤3)所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰中的至少一种。

21、优选地，步骤3)所述交联反应在温度为25℃～90℃的条件下进行，反应时间为1h～2h。

22、一种玻璃纤维增强复合材料，其包含上述聚合物包覆改性的钛白粉。

23、本发明的有益效果是：本发明的聚合物包覆改性的钛白粉具有白度高、在聚合物体系中的分散性好等优点，且其制备方法简单、反应条件温和、改性剂用量少、原材料价格低廉，将其作为白色颜料用于玻璃纤维增强复合材料可以有效提升复合材料的白度，且不会影响复合材料的力学性能，适合进行大规模工业化生产和应用。

24、具体来说：

25、本发明利用表面活性剂在钛白粉表面构建表界面胶束，采用表界面聚合的方法使单体和交联剂在表界面胶束内发生聚合，得到微/纳米厚度的交联聚合物包覆改性的钛白粉，交联聚合物层的存在一方面可以改善树脂的结晶行为，另一方面可以降低加工过程中钛白粉对玻璃纤维的损伤，与传统的钛白粉(未进行改性)相比，极大地提高了钛白粉在聚合物体系中的分散性，改性后的钛白粉对玻璃纤维增强复合材料的力学性能基本无影响，同时有效提升了玻璃纤维增强复合材料的白度。

技术特征：

1.一种聚合物包覆改性的钛白粉，其特征在于，组成包括钛白粉和包覆在钛白粉表面的有机聚合物层；所述有机聚合物层中的有机聚合物为聚烯烃、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的聚合物包覆改性的钛白粉，其特征在于：所述有机聚合物层的厚度为10nm～2μm。

3.一种如权利要求1或2所述的聚合物包覆改性的钛白粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤2)所述单体的用量为钛白粉重量的0.1％～20％；步骤2)所述单体为烯烃、丙烯酸、丙烯酸酯、丙烯酰胺中的至少一种。

5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述表面活性剂的用量为钛白粉重量的0.01％～10％；步骤2)所述交联剂的用量为单体重量的1％～50％；步骤3)所述引发剂的用量为单体重量的0.1％～100％。

6.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、椰子油酸钠中的至少一种；步骤2)所述交联剂为二缩三丙二醇二丙烯酸酯、二乙烯基苯、n,n'-亚甲基双丙烯酰胺、乙二醇二丙烯酸酯、n,n'-间苯撑双马来酰亚胺、三烯丙基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的至少一种；步骤3)所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰中的至少一种。

7.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述分散的方式为超声分散，分散的时间为0.5h～2h。

8.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于：步骤2)所述分散的方式为超声分散，分散的时间为0.5h～2h。

9.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于：步骤3)所述交联反应在温度为25℃～90℃的条件下进行，反应时间为1h～2h。

10.一种玻璃纤维增强复合材料，其特征在于，包含权利要求1或2所述的聚合物包覆改性的钛白粉。

技术总结本发明公开了一种聚合物包覆改性的钛白粉及其制备方法和应用。本发明的聚合物包覆改性的钛白粉的组成包括钛白粉和包覆在钛白粉表面的有机聚合物层，有机聚合物层中的有机聚合物为聚烯烃、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺中的至少一种。本发明的聚合物包覆改性的钛白粉具有白度高、在聚合物体系中的分散性好等优点，且其制备方法简单、反应条件温和、改性剂用量少、原材料价格低廉，将其作为白色颜料用于玻璃纤维增强复合材料可以有效提升复合材料的白度，且不会影响复合材料的力学性能，适合进行大规模工业化生产和应用。技术研发人员：吴叔青,张衡,刘浩,熊飞洋,王嘉宇,陈俊杰受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/17