聚丙烯酸酯/TiO核-壳型纳米复合材料的制备及性能研究

摘要

近年来，有机/无机纳米复合材料的研究非常活跃，它通过结合无机组分的性能(如热稳定性、高机械强度、催化性能及光学性能等)和有机组分的性能(如柔韧性和成膜能力等)表现出一些全新的增强的性能，无论从学术上还是从应用上来看，它均具有极大的吸引力。本文首先全面评述了有机/无机核-壳型纳米复合材料研究现状，重点介绍了制备方法和表征手段，对将来的发展趋势作了展望，提出了今后的一些重要的研究方向。 在实验研究方面，我们主要使用共混法及乳液聚合法来制备聚丙烯酸酯/TiO2核-壳型纳米复合材料。 采用过硫酸铵及亚硫酸氢纳作氧化还原引发剂，在10-20℃的低温下制备了乳胶粒径为30-50nm的聚丙烯酸甲酯聚合物乳液。研究表明，随乳化剂总量的增加，乳胶粒径变小，随非离子乳化剂OS-15用量的增加，乳胶粒径变大；随AA用量增加起初乳胶粒径变小，而后又增大，单体总量增加，乳胶粒径增大，引发剂增加，乳胶粒径变小；反应温度升高，乳液粒径也变小。此乳液用于与纳米TiO2胶体进行共混以制备纳米复合材料。 由于纳米TiO2粒子表面的-OH与-O-之间的氢键作用，通过聚醚型非离子表面活性剂对TiO2进行保护处理，得到稳定分散的纳米TiO2胶体。用此胶体与阴离子型乳液共混，共混后的复合乳液当pH值小于3.6有较好的分散性及稳定性，但是当pH值大于3.6时却出现了严重的TiO2团聚。而用此胶体与阳离子型乳液共混时，由于较多的TiO2能通过静电力吸附于乳胶粒周围，使其较好地分散于乳液体系中而非自身团聚，所以此体系能获得较好的稳定性。 用原位乳液聚合法制得了核-壳型聚丙烯酸酯/TiO2纳米复合粒子。在有代表性的样品中，纳米复合粒子的粒径约为150nm，TiO2壳层的厚度在4-10纳米之间。静电相互作用被用作主要的作用力以帮助有机无机两相的复合，从而促进聚合物微球对TiO2的吸附。 体系中只有CTAB是用来为乳胶粒子提供正电荷的。因为乳胶粒子表面的带负电荷的TiO2与聚合物链末端的阴离子基团(SO42-，即APS分解后的碎片)能产生协同效应，并能共同维持体系的稳定，所以APS被选择作为最适合的引发剂。pH值对能形成有致密TiO2壳层的纳米复合粒子具有至关重要的作用，在聚合反应的进行过程中，要把体系的pH值控制在3-3.5之间；而在聚合完成之后，要调节体系的pH值到8.0-10.5之间。 AFM照片显示，由于有TiO2壳层的保护，纳米复合粒子在经过热处理后不会变形。XRD分析说明锐钛矿型和金红石型的TiO2同时存在与复合膜中，并且后者的含量要远远大于前者。SEM表征表明经高温成膜后TiO2会团聚于膜的表面。 通过引入HEA作为共聚合单体，在两相间的双重作用力下(静电力和氢键作用)形成了更为致密的TiO2壳层。然而，利用无皂乳液聚合却没有形成核-壳结构的复合粒子，体系中有机粒子和无机粒子是呈二元分布的。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明和学位论文使用授权说明

第一部分 文献综述

第二部分 实验与表征

第三部分 结果与讨论

第四部分结论

参考文献

在读硕士期间发表的论文

致谢