聚合物接枝纳米ZnO复合乳液的研究

摘要

纳米/聚合物复合材料可以综合纳米材料与聚合物的特性,在热学、光学、力学等领域具有巨大的应用潜能。通过将活性基团引入到无机纳米粒子表面来制备接枝型纳米/聚合物复合材料,可以提高无机纳米粒子与聚合物的兼容性,充分发挥纳米材料的功能和聚合物的特性。
　　 先分别用油酸分子键合纳米ZnO粒子和将偶氮二异氰基戊酸(ACVA)锚固在纳米ZnO表面两种不同方式改性纳米粒子,再采用细乳液聚合工艺制备了包覆型和接枝型纳米ZnO/PSt复合乳液。
　　 用油酸分子对纳米ZnO粒子改性,即利用油酸的羧基与ZnO表面羟基发生酯化反应。在纳米ZnO表面引入有机基团,能够增强纳米ZnO的分散性与亲油性使PSt更好的对纳米ZnO进行包覆。采用细乳液聚合工艺制备了包覆型纳米ZnO/PSt复合乳液,结果表明:当乳化剂用量Ms-1为2.0 g、OP*10为1.0g、助乳化剂十六烷为0.6 g、引发剂AIBN与KPS混合使用(2:1)为0.5 g、反应温度为80℃时,所合成的复合乳液性能较好,转化率可达86％,包覆效率为70％,但接枝效率较低为31.28％。因此采取在纳米ZnO表面引入引发基团制备接枝型纳米ZnO/PSt复合乳液。
　　 另一方法是用偶氮二异戊酸(ACVA)对纳米ZnO进行功能改性,以KH-560为介质将引发剂ACVA以化学键的形式锚固到纳米ZnO上。结果表明:KH-560用量为2.0 g、ACVA用量为3.0 g、反应温度为50℃、反应时间为4 h时,ACVA在纳米ZnO上的接枝率较高。然后通过细乳液聚合工艺制备了接枝型纳米ZnO/PSt复合乳液。结果表明:当ACVA-ZnO用量为1.25g、使用复合乳化剂:Ms-1、OP-10、助乳化剂十六烷、超声功率为400 w、反应温度为75℃时,合成了转化率为89％、接枝效率为90％的接枝型纳米ZnO/PSt复合乳液。通过XPS、TGA、TEM等方法对复合乳液粒子进行了测试,结果表明:PSt和纳米ZnO以化学键形式的结合。初步探讨了细乳液聚合工艺制备纳米ZnO/PSt接枝型复合乳液的反应机理。
　　 对所制备的接枝型纳米ZnO/PSt复合微粒的应用进行了研究,能够明显改善聚合物材料的热学、光学、力学性能。结果显示接枝型纳米ZnO/PSt复合微粒能使聚合物的软化温度增至165℃,提高了26.9％；明显增强环氧丙烯酸乳液的抗紫外光性能；使环氧丙烯酸乳液涂膜硬度由0.41 H提高到0.58 H；可使PVC材料的拉伸强度达81 MPa,冲击强度达12.1 kJ/m2,与包覆性纳米ZnO/PSt复合微粒相比具有更优异的力学性能。