技术领域
本发明涉及纳米材料制备领域，具体涉及一种有机硅纳米复合材 料，以及该有机硅纳米复合材料的制备方法。
背景技术
近来，层状材料(如蒙脱土、高岭土、石墨、类水滑石)已被用 来制备纳米复合材料，且这些反应是在二维层间发生的。由于许多不 同的分子可以插入到这些层状材料的层间，所以这些复合材料可广泛 用于物理化学、催化、高分子聚合物和生物化学等方面，特别是大分 子的插入可显著改善这些材料的机械强度、传感性、气体渗透性、聚 合体电解性等，这些性能的改变主要是由于大分子具有很高的可调节 性。如Manias等人制备了聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料，这种材料具 有良好的抗拉特性和抗擦伤性、耐高温、保留光学透明、高的防护性 能和阻燃性能(Manias E.，Touny A.，Wu L.，Strawhecker K.，Lu B.， Chung T.C.，Polypropylene/montmorillonite nanocomposites.review of the synthetic routes and materials properties.Chem Mater，2001，13： 516-3523.)；Bubniak等人制备的纳米复合材料层间同时具备两种物 质：十二烷基硫酸根和聚乙撑氧。测试性能数据表明这是一种具有很 好规则排列的材料(Bubniak G.A.，Schreiner W.H.，Mattoso N.， Wypych F.，Preparation of a new nanocomposite of Al0.33Mg0.67(OH)2(C12H25SO4)0.33and poly(ethylene oxide).Langmuir， 2002，18：5967-5970)；Yang等人合成了PEGS/Mg-Al-NO3LDH，他们 发现PEG中的-CH2CH2O-基团能与蒙脱土层间阳离子强相互作用所 以PEG可以很容易的插入到层状材料的层间(Yang Q.Z.，Sun D.J.， Zhang C.G.，Wang X.J.，Zhao W.A.，Synthesis and character-ization of polyoxyethylene sulfate intercalated Mg-Al-Nitrate layered double hydroxide.Langmuir，2003，19：5570-5574.)。但上述复合材料中的层状 材料层间功能基团的缺少和层结构的不可改变性使得控制层间分子 反应很困难，因此急需寻找一种层板和层间功能基团可控制备有机无 机复合材料来解决此问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种有机硅纳米复合 材料，利用二维有机硅结构层状材料通过酯化反应制备聚乙二醇均匀 插入的有机无机复合材料。
本发明还提供该有机硅纳米复合材料的制备方法。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：
一种有机硅纳米复合材料，其特征在于，其是由二维有机硅结构 层状材料原位插入聚乙二醇而制得的纳米复合材料；
其由以下质量百分比的组分制成：
所述的氨基硅烷为3-氨基丙基三甲氧基硅烷、对氨基苯基三甲氧 基硅烷和3-氨基丙基三乙氧基硅烷其中一种。
所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基磺酸钠。
所述的聚乙二醇为聚乙二醇600、2000、4000、6000、10000其 中一种。
一种根据上述有机硅纳米复合材料的制备方法，其包括以下步 骤：
(1)按以下质量百分比称量各组分：
(2)制备二维有机硅结构层状材料；
(3)将步骤(2)制得的二维有机硅结构层状材料和步骤(1) 所称量的丁二酸酐添加到四氢呋喃中，在超声机中超声条件下完全分 散，然后在40～80℃的条件下，恒温水浴反应20～48h，得到混合溶 液；
(4)将步骤(3)所制得的混合溶液自然冷却至室温，再依次经 过沉淀、离心、过滤之后，使用去离子水和无水乙醇洗涤3～5次，再 在真空条件下进行干燥，得到中间产物；
(5)将步骤(4)所制得的中间产物和步骤(1)所称量的聚乙 二醇加入去离子水中，在超声机中超声条件下完全分散，用浓度为 0.1～5mol/L的稀盐酸调节pH至1～4，然后在40～80℃的条件下，恒 温水浴反应5～20h，得到悬浊液；
(6)将步骤(5)所制得的悬浊液，依次经过离心、过滤之后， 使用去离子水和无水乙醇洗涤3～5次，再在真空条件下进行干燥，得 到二维有机硅结构层状材料原位插入聚乙二醇复合材料。
所述步骤(2)包括以下步骤：
(21)将步骤(1)所称量的氨基硅烷均匀分散到表面活性剂水 溶液中，然后用浓度为0.1～5mol/L的稀盐酸，将其pH值调至2～4；
(22)将步骤(21)所制得的溶液，在1～50℃的条件下，恒温 水浴反应10～100h，自然冷却至室温；
(23)将步骤(22)制得的溶液，依次经过离心，过滤后，用去 离子水和无水乙醇洗涤3～5次，然后在真空条件下进行干燥，得到二 维有机硅结构层状材料。
所述的氨基硅烷为3-氨基丙基三甲氧基硅烷、对氨基苯基三甲氧 基硅烷和3-氨基丙基三乙氧基硅烷其中一种。
所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基磺酸钠。
所述的聚乙二醇为聚乙二醇600、2000、4000、6000、10000其 中一种。
本发明的有益效果是：
(1)本发明得到二维有机硅结构层状材料原位插入聚乙二醇复 合材料中聚乙二醇分散均匀，使得材料与高分子聚合物相容性得以改 善。
(2)本发明中随着聚乙二醇分子量的增加使得层状材料层间距 不断增加，有利于在聚合物中剥离。
(3)本发明安全性好，无污染，有利于环境保护。
具体实施方式
实施例1：本实施例提供一种有机硅纳米复合材料，其由以下质 量百分比的组分制成：
所述的氨基硅烷为3-氨基丙基三甲氧基硅烷、对氨基苯基三甲氧 基硅烷和3-氨基丙基三乙氧基硅烷其中一种。
所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基磺酸钠。
所述的聚乙二醇为聚乙二醇600、2000、4000、6000、10000其 中一种。
一种根据上述有机硅纳米复合材料的制备方法，其包括以下步 骤：
(1)按以下质量百分比称量各组分：
(2)制备二维有机硅结构层状材料；
(3)将步骤(2)制得的二维有机硅结构层状材料和步骤(1) 所称量的丁二酸酐添加到四氢呋喃中，在超声机中超声条件下完全分 散，然后在40～80℃的条件下，恒温水浴反应20～48h，得到混合溶 液；
(4)将步骤(3)所制得的混合溶液自然冷却至室温，再依次经 过沉淀、离心、过滤之后，使用去离子水和无水乙醇洗涤3～5次，再 在真空条件下进行干燥，得到中间产物；
(5)将步骤(4)所制得的中间产物和步骤(1)所称量的聚乙 二醇加入去离子水中，在超声机中超声条件下完全分散，用浓度为 0.1～5mol/L的稀盐酸调节pH至1～4，然后在40～80℃的条件下，恒 温水浴反应5～20h，得到悬浊液；
(6)将步骤(5)所制得的悬浊液，依次经过离心、过滤之后， 使用去离子水和无水乙醇洗涤3～5次，再在真空条件下进行干燥，得 到二维有机硅结构层状材料原位插入聚乙二醇复合材料。
所述步骤(2)包括以下步骤：
(21)将步骤(1)所称量的氨基硅烷均匀分散到表面活性剂水 溶液中，然后用浓度为0.1～5mol/L的稀盐酸，将其pH值调至2～4；
(22)将步骤(21)所制得的溶液，在1～50℃的条件下，恒温 水浴反应10～100h，自然冷却至室温；
(23)将步骤(22)制得的溶液，依次经过离心，过滤后，用去 离子水和无水乙醇洗涤3～5次，然后在真空条件下进行干燥，得到二 维有机硅结构层状材料。
所述的氨基硅烷为3-氨基丙基三甲氧基硅烷、对氨基苯基三甲氧 基硅烷和3-氨基丙基三乙氧基硅烷其中一种。
所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基磺酸钠。
所述的聚乙二醇为聚乙二醇600、2000、4000、6000、10000其 中一种。
实施例2：本实施例提供一种有机硅纳米复合材料及其制备方法， 其组分和步骤均与实施例1相同，其不同之处在于：
一种有机硅纳米复合材料，其由以下质量百分比的组分制成： 25％对氨基苯基三甲氧基硅烷，20％十二烷基硫酸钠，15％丁二酸酐， 40％聚乙二醇600。
一种根据上述有机硅纳米复合材料的制备方法，其包括以下步 骤：
(1)按以下质量百分比称量各组分：25％对氨基苯基三甲氧基 硅烷，20％十二烷基硫酸钠，15％丁二酸酐，40％聚乙二醇600；
(2)制备二维有机硅结构层状材料；
(3)将步骤(2)制得的二维有机硅结构层状材料和步骤(1) 所称量的丁二酸酐添加到四氢呋喃中，在超声机中超声条件下完全分 散，然后在60℃的条件下，恒温水浴反应28h，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)所制得的混合溶液自然冷却至室温，再依次经 过沉淀、离心、过滤之后，使用去离子水和无水乙醇洗涤3次，再在 真空条件下进行干燥，得到中间产物；
(5)将步骤(4)所制得的中间产物和步骤(1)所称量的聚乙 二醇600加入去离子水中，在超声机中超声条件下完全分散，用浓度 为5mol/L的稀盐酸调节pH至1，然后在60℃的条件下，恒温水浴 反应10h，得到悬浊液；
(6)将步骤(5)所制得的悬浊液，依次经过离心、过滤之后， 使用去离子水和无水乙醇洗涤3次，再在真空条件下进行干燥，得到 二维有机硅结构层状材料原位插入聚乙二醇复合材料。
所述步骤(2)包括以下步骤：
(21)将步骤(1)所称量的对氨基苯基三甲氧基硅烷均匀分散 到十二烷基硫酸钠水溶液中，然后用浓度为5mol/L的稀盐酸，将其 pH值调至2；
(22)将步骤(21)所制得的溶液，在4℃的条件下，恒温水浴 反应50h，自然冷却至室温；
(23)将步骤(22)制得的溶液，依次经过离心，过滤后，用去 离子水和无水乙醇洗涤3次，然后在真空条件下进行干燥，得到二维 有机硅结构层状材料。
实施例3：本实施例提供一种有机硅纳米复合材料及其制备方法， 其组分和步骤均与实施例1、2相同，其不同之处在于：
一种有机硅纳米复合材料，其由以下质量百分比的组分制成： 5％3-氨基丙基三甲氧基硅烷，10％十二烷基磺酸钠，40％丁二酸酐， 45％聚乙二醇6000。
一种根据上述有机硅纳米复合材料的制备方法，其包括以下步 骤：
(1)按以下质量百分比称量各组分：5％3-氨基丙基三甲氧基硅 烷，10％十二烷基磺酸钠，40％丁二酸酐，45％聚乙二醇6000；
(2)制备二维有机硅结构层状材料；
(3)将步骤(2)制得的二维有机硅结构层状材料和步骤(1) 所称量的丁二酸酐添加到四氢呋喃中，在超声机中超声条件下完全分 散，然后在40℃的条件下，恒温水浴反应48h，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)所制得的混合溶液自然冷却至室温，再依次经 过沉淀、离心、过滤之后，使用去离子水和无水乙醇洗涤5次，再在 真空条件下进行干燥，得到中间产物；
(5)将步骤(4)所制得的中间产物和步骤(1)所称量的聚乙 二醇6000加入去离子水中，在超声机中超声条件下完全分散，用浓 度为0.1mol/L的稀盐酸调节pH至4，然后在40℃的条件下，恒温水 浴反应20h，得到悬浊液；
(6)将步骤(5)所制得的悬浊液，依次经过离心、过滤之后， 使用去离子水和无水乙醇洗涤5次，再在真空条件下进行干燥，得到 二维有机硅结构层状材料原位插入聚乙二醇复合材料。
所述步骤(2)包括以下步骤：
(21)将步骤(1)所称量的3-氨基丙基三甲氧基硅烷均匀分散 到十二烷基磺酸钠水溶液中，然后用浓度为0.1mol/L的稀盐酸，将 其pH值调至4；
(22)将步骤(21)所制得的溶液，在1℃的条件下，恒温水浴 反应100h，自然冷却至室温；
(23)将步骤(22)制得的溶液，依次经过离心，过滤后，用去 离子水和无水乙醇洗涤5次，然后在真空条件下进行干燥，得到二维 有机硅结构层状材料。
实施例4：本实施例提供一种有机硅纳米复合材料及其制备方法， 其组分和步骤均与实施例1、2、3相同，其不同之处在于：
一种有机硅纳米复合材料，其由以下质量百分比的组分制成： 10％3-氨基丙基三乙氧基硅烷，3％十二烷基硫酸钠，32％丁二酸酐， 55％聚乙二醇2000。
一种根据上述有机硅纳米复合材料的制备方法，其包括以下步 骤：
(1)按以下质量百分比称量各组分：10％3-氨基丙基三乙氧基 硅烷，3％十二烷基硫酸钠，32％丁二酸酐，55％聚乙二醇2000；
(2)制备二维有机硅结构层状材料；
(3)将步骤(2)制得的二维有机硅结构层状材料和步骤(1) 所称量的丁二酸酐添加到四氢呋喃中，在超声机中超声条件下完全分 散，然后在80℃的条件下，恒温水浴反应20h，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)所制得的混合溶液自然冷却至室温，再依次经 过沉淀、离心、过滤之后，使用去离子水和无水乙醇洗涤4次，再在 真空条件下进行干燥，得到中间产物；
(5)将步骤(4)所制得的中间产物和步骤(1)所称量的聚乙 二醇2000加入去离子水中，在超声机中超声条件下完全分散，用浓 度为3mol/L的稀盐酸调节pH至2，然后在80℃的条件下，恒温水 浴反应5h，得到悬浊液；
(6)将步骤(5)所制得的悬浊液，依次经过离心、过滤之后， 使用去离子水和无水乙醇洗涤4次，再在真空条件下进行干燥，得到 二维有机硅结构层状材料原位插入聚乙二醇复合材料。
所述步骤(2)包括以下步骤：
(21)将步骤(1)所称量的3-氨基丙基三乙氧基硅烷均匀分散 到十二烷基硫酸钠水溶液中，然后用浓度为3mol/L的稀盐酸，将其 pH值调至2.5；
(22)将步骤(21)所制得的溶液，在50℃的条件下，恒温水 浴反应10h，自然冷却至室温；
(23)将步骤(22)制得的溶液，依次经过离心，过滤后，用去 离子水和无水乙醇洗涤4次，然后在真空条件下进行干燥，得到二维 有机硅结构层状材料。
实施例5：本实施例提供一种有机硅纳米复合材料及其制备方法， 其组分和步骤均与实施例1、2、3、4相同，其不同之处在于：
一种有机硅纳米复合材料，其由以下质量百分比的组分制成： 25％3-氨基丙基三乙氧基硅烷，20％十二烷基硫酸钠，25％丁二酸酐， 30％聚乙二醇4000。
一种根据上述有机硅纳米复合材料的制备方法，其包括以下步 骤：
(1)按以下质量百分比称量各组分：25％3-氨基丙基三乙氧基 硅烷，20％十二烷基硫酸钠，25％丁二酸酐，30％聚乙二醇4000；
(2)制备二维有机硅结构层状材料；
(3)将步骤(2)制得的二维有机硅结构层状材料和步骤(1) 所称量的丁二酸酐添加到四氢呋喃中，在超声机中超声条件下完全分 散，然后在50℃的条件下，恒温水浴反应35h，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)所制得的混合溶液自然冷却至室温，再依次经 过沉淀、离心、过滤之后，使用去离子水和无水乙醇洗涤3次，再在 真空条件下进行干燥，得到中间产物；
(5)将步骤(4)所制得的中间产物和步骤(1)所称量的聚乙 二醇4000加入去离子水中，在超声机中超声条件下完全分散，用浓 度为1mol/L的稀盐酸调节pH至3，然后在70℃的条件下，恒温水 浴反应12h，得到悬浊液；
(6)将步骤(5)所制得的悬浊液，依次经过离心、过滤之后， 使用去离子水和无水乙醇洗涤3次，再在真空条件下进行干燥，得到 二维有机硅结构层状材料原位插入聚乙二醇复合材料。
所述步骤(2)包括以下步骤：
(21)将步骤(1)所称量的3-氨基丙基三甲氧基硅烷均匀分散 到十二烷基硫酸钠水溶液中，然后用浓度为1mol/L的稀盐酸，将其 pH值调至3；
(22)将步骤(21)所制得的溶液，在20℃的条件下，恒温水 浴反应24h，自然冷却至室温；
(23)将步骤(22)制得的溶液，依次经过离心，过滤后，用去 离子水和无水乙醇洗涤3次，然后在真空条件下进行干燥，得到二维 有机硅结构层状材料。
实施例6：本实施例提供一种有机硅纳米复合材料及其制备方法， 其组分和步骤均与实施例1、2、3、4、5相同，其不同之处在于：
一种有机硅纳米复合材料，其由以下质量百分比的组分制成： 20％对氨基苯基三甲氧基硅烷，15％十二烷基硫酸钠，30％丁二酸酐， 35％聚乙二醇10000。
一种根据上述有机硅纳米复合材料的制备方法，其包括以下步 骤：
(1)按以下质量百分比称量各组分：20％对氨基苯基三甲氧基 硅烷，15％十二烷基硫酸钠，30％丁二酸酐，35％聚乙二醇10000；
(2)制备二维有机硅结构层状材料；
(3)将步骤(2)制得的二维有机硅结构层状材料和步骤(1) 所称量的丁二酸酐添加到四氢呋喃中，在超声机中超声条件下完全分 散，然后在75℃的条件下，恒温水浴反应24h，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)所制得的混合溶液自然冷却至室温，再依次经 过沉淀、离心、过滤之后，使用去离子水和无水乙醇洗涤3次，再在 真空条件下进行干燥，得到中间产物；
(5)将步骤(4)所制得的中间产物和步骤(1)所称量的聚乙 二醇10000加入去离子水中，在超声机中超声条件下完全分散，用浓 度为2mol/L的稀盐酸调节pH至2.5，然后在45℃的条件下，恒温水 浴反应20h，得到悬浊液；
(6)将步骤(5)所制得的悬浊液，依次经过离心、过滤之后， 使用去离子水和无水乙醇洗涤3次，再在真空条件下进行干燥，得到 二维有机硅结构层状材料原位插入聚乙二醇复合材料。
所述步骤(2)包括以下步骤：
(21)将步骤(1)所称量的对氨基苯基三甲氧基硅烷均匀分散 到十二烷基硫酸钠水溶液中，然后用浓度为2mol/L的稀盐酸，将其 pH值调至3；
(22)将步骤(21)所制得的溶液，在15℃的条件下，恒温水 浴反应48h，自然冷却至室温；
(23)将步骤(22)制得的溶液，依次经过离心，过滤后，用去 离子水和无水乙醇洗涤3次，然后在真空条件下进行干燥，得到二维 有机硅结构层状材料。
但以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非用以局限本发明 的专利范围，故凡运用本发明中记载的步骤、组分及应用的其他实施 例，及所作的等效变化，均包含在本发明的保护范围内。