原位制备聚苯乙烯/二氧化硅杂化材料

摘要

有机/无机杂化材料近年来是复合材料研究方面的热点之一，溶胶凝胶法是制备有机/无机杂化材料最常用且最有效的方法，而微乳液法则是当前制备核壳结构的杂化材料比较热门的方法。本论文工作是以正丁基锂(n-BuLi)为引发剂，引发苯乙烯单体进行活性负离子聚合，用三乙氧基氯硅烷对活性聚苯乙烯链进行末端官能化改性，合成三乙氧基硅烷封端的聚苯乙烯(PS-silane)。然后将正硅酸乙酯（TEOS）和PS-silane共水解，经由溶胶凝胶过程制备了聚苯乙烯/二氧化硅(PS/SiO2)杂化材料。同时用混合乳化剂司班60(Span60)和吐温80(Tween80)制备了W/O微乳液，使TEOS和PS-silane在微乳液中共水解，合成了核壳结构的PS/SiO2杂化材料。
　　通过改变溶胶凝胶过程中一系列的反应参数即配料比h=n(TEOS)/n(PS-silane)、k=n(H2O)/n(TEOS)，催化剂种类及浓度，聚苯乙烯段相对分子质量，凝胶化过程的时间，制备了一系列不同的PS/SiO2杂化材料。采用红外光谱(IR)、凝胶渗透色谱(GPC)、差示扫描量热法(DSC)、热重分析(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)等方法对PS/SiO2杂化材料的化学结构、玻璃化转变温度（Tg）、热稳定性及微观形貌等进行了表征。结果表明:PS/SiO2杂化材料中的PS和SiO2间有化学键相连;杂化材料的玻璃化转变温度随TEOS和水的加入量的增加先降低后升高，随H+浓度的增加而升高。酸催化时，杂化材料形成互相穿插的交联结构，碱催化时，二氧化硅粒子呈球形，聚苯乙烯包裹在其外。凝胶过程有利于杂化材料球形结构的完善及结晶组分的增加。
　　用微乳液法合成具有核壳结构的PS/SiO2杂化粒子，用红外光谱、扫描电镜、透射电镜(TEM)对杂化粒子进行分析。结果表明，杂化材料中存在着大量粒径为500 nm且分布均匀的球形杂化粒子，同时也有部分聚苯乙烯链互相团聚未与二氧化硅形成杂化结构。