PMMA/SiO有机-无机复合粒子及无机空心微球的制备与表征

摘要

近年来，有机/无机纳米复合粒子一直是材料科学的研究热点，这是由于有机/无机复合粒子兼具有机材料和无机材料的优点。同时，中空微球由于具有密度小、比表面积大、稳定性好和具有表面渗透能力等优点，也成为材料科学家关注的焦点之一。本文采用常规乳液聚合的方法，在二氧化硅溶胶粒子存在下合成了SiO<,2>/PMMA复合粒子。二氧化硅粒子不需通过表面改性，直接用于原位聚合；采用分散聚合的方法制备表面带有正电荷的聚苯乙烯微球，并用其作为模板粒子，用一种简便的方法制备了二氧化钛空心微球。进一步采用类似的方法制备了空腔中装载了纳米粒子的二氧化硅空心微球。具体研究结果如下： (1)以碱性单体---4-乙烯基吡啶(4-VP)为辅助单体，通过4-VP与二氧化硅粒子表面显酸性的羟基之间的酸碱作用，将有机聚合物与无机粒子结合起来，制备了SiO<,2>/PMMA复合粒子。研究表明复合粒子的形态可以通过调节乳化剂的类型和用量、单体/SiO<,2>的质量比、SiO<,2>的粒径、单体加入方式等反应条件来控制。透射电镜、扫描电镜、热失重、Zeta电势等分析表明，得到了有机/无机复合粒子。 (2)在本实验组独创的制备二氧化硅空心微球的基础上，本论文进一步用此方法制备了二氧化钛空心微球。采用少量的阳离子单体一甲基丙烯酰氧基三甲基氯化铵(MTC)作为共聚单体，用分散聚合的方法在水/醇介质中合成了表面带有正电荷的聚苯乙烯微球，并用其作为模板粒子，制备了中空二氧化钛微球。在模板粒子分散液中加入氨水和钛酸正丁酯，通过钛酸正丁酯的Sol-Gel反应形成二氧化钛。由于二氧化钛表面带负电，被带有正电荷的聚苯乙烯粒子捕获，得到了二氧化钛壳层包覆模板粒子的复合粒子。聚苯乙烯同时或者稍后溶解，得到了中空微球。不需再外加有机溶剂或通过煅烧来除去模板粒子。在制备微球的过程中，可以得到TiO<,2>/PS复合微球或者TiO<,2>空心微球，其形态可以通过氨水用量来调节。 (3)进一步使用上述制备空球的方法，合成了空腔中装载有纳米二氧化硅粒子的二氧化硅空球。首先采用分散聚合的方法在纳米二氧化硅粒子的存在下，分两次加入阳离子辅助单体，合成了表面带有正电荷且包覆了多个纳米二氧化硅粒子的聚苯乙烯微球。再用此微球作为模板粒子，加入氨水和正硅酸乙酯，通过Sol-Gel过程形成二氧化硅，由于二氧化硅表面带负电，通过电荷相互作用吸附到带有正电荷的聚苯乙烯粒子上，得到了二氧化硅壳层包覆模板粒子的复合微球，聚苯乙烯同时或稍后“溶解”并从二氧化硅壳层的孔隙中扩散出来，于是，实现了一步法制备二氧化硅空心微球，且其空腔中装载了纳米二氧化硅粒子。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2制备聚合物微球的一般方法

1.2.1乳液聚合法

1.2.2无皂乳液聚合

1.2.3微乳液聚合

1.2.4细乳液聚合

1.2.5悬浮聚合

1.2.6分散聚合

1.2.7沉淀聚合

1.3制备有机/无机复合微球的方法

1.3.1液滴内成核法

1.3.2非液滴内成核

1.3.3聚合物微球内无机颗粒原位生成法

1.3.4聚合物微球表面无机颗粒生成法

1.3.5一些制备无机/有机复合微球的特殊方法

1.4二氧化硅/聚合物复合粒子的制备综述

1.5空心微球的制备综述

1.6本课题的研究背景及内容

参考文献

第二章二氧化硅的制备研究

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1原材料

2.2.2内米二氧化硅溶胶的合成

2.2.3纳米二氧化硅的分析表征

2.3结果与讨论

2.3.1不同粒径二氧化硅的合成

2.3.2二氧化硅醇溶胶和水溶胶的比较

2.3.3二氧化硅醇溶胶的改性

2.3.4二氧化硅及其改性后表面元素分析

2.3.4 Zeta电势分析

2.4本章小结

参考文献

第三章用常规乳液法合成SiO2/PMMA复合微球的研究

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1原材料

3.2.2常规乳液合成SiO2/PMMA复合微球

3.2.3 SiO2/PMMA复合微球的表征

3.3结果与讨论

3.3.1乳化剂的影响

3.3.2单体/SiO2质量比的影响

3.3.3 pH值的影响

3.3.4 SiO2粒径的影响

3.3.5单体加入方式的影响

3.3.6 Zeta电势分析

3.3.7热失重分析(TGA)

3.3.8复合粒子形成的可能性机理

3.4本章小结

参考文献

第四章二氧化钛空心微球的合成研究

4.1前言

4.2实验部分

4.2.1原材料

4.2.2表面带正电荷的聚苯乙烯(PS)微球的制备

4.2.3二氧化钛空球的制备

4.2.4分析表征

4.3结果与讨论

4.3.1氨水用量的影响

4.3.2 TBT用量的影响

4.3.3 FTIR分析

4.3.4 TGA分析

4.3.5孔隙和孔径分析

4.3.6空球的形成机理

4.4本章小结

参考文献

第五章装载纳米粒子的二氧化硅空心微球的合成研究

5.1前言

5.2实验部分

5.2.1原材料

5.2.2表面带正电荷的SiO2@PS核-壳复合粒子的制备

5.2.3空心SiO2@air@SiO2微球的制备

5.2.4分析表征

5.3结果与讨论

5.3.1 DAC用量对SiO2@PS核-壳复合粒子的影响

5.3.2单体/SiO2质量比对SiO2@PS核-壳粒子的影响

5.3.3氨水和TEOS用量对SiO2@air@SiO2复合粒子的影响

5.3.4 PVP用量对SiO2@air@SiO2微球的影响

5.3.5红外光谱FTIR分析

5.3.5空球形成机理

5.3本章小结

参考文献

第六章结论

6.1结论

6.2本论文创新点

博士期间发表论文

致谢