超声作用下Ormosil的制备及在微滴乳液聚合中原位纳米复合

摘要

微滴乳液聚合(Miniemulsion Polymerizations)具有单体珠滴内成核占主导的特征,单体珠滴粒径为50-500nm,适合作纳米反应器,制备有机无机纳米复合材料。由于无机物与有机单体极性差异大,两者相容性差,形成复合材料时,无机纳米粒子倾向团聚,降低了复合材料的性能,因而对无机纳米粒子进行表面疏水改性,成为制备高性能聚合物基纳米复合材料的关键步骤。
　　本论文以SiO2溶胶和丙烯酸酯单体为原料,利用超声的活化、分散、引发聚合等多重功效,实现单体在SiO2纳米粒子表面的包覆改性,制备了多种Ormosils(Organic modified silica)。并用傅立叶变换红外光谱仪、差示扫描量热仪、透射电子显微镜和马尔文纳米粒度仪等对产物进行了表征。结果表明,成功制备了有机物包覆改性的SiO2纳米微粒。
　　然后在改性的SiO2纳米粒子存在下,采用微滴乳液聚合的方法,成功地制备了聚丙烯酸酯/SiO2纳米复合胶乳,透射电子显微镜表征表明制得了多核-壳结构的纳米复合微粒,对复合胶乳薄膜断面的扫描电子显微镜测试表明,纳米SiO2在聚合物基体中分散良好,没有聚并。另外通过成膜后的力学性能分析表明,复合膜随无机组分含量的增加,材料的强度增加;复合材料中纳米SiO2的质量分数为5％时,当纳米SiO2包覆层聚丙烯酸酯的Tg较高时,有利于提高复合材料的强度,而包覆层聚丙烯酸酯的Tg较低时,则有利于提高复合材料的韧性。
　　在此研究的基础上,利用十二烷基苯磺酸的催化作用,采用超声强化辅助D4在SiO2纳米粒子表面开环聚合,制备PDMS-Ormosil(聚二甲基硅氧烷改性SiO2),实现SiO2纳米粒子的表面改性。并用纳米粒度仪、差示扫描量热仪、傅立叶变换红外光谱仪、透射电子显微镜等对产物进行了表征,证实成功制得PDMS-Ormosil。在PDMS-Ormosil存在下原位实施甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸丁酯的微滴乳液聚合,聚合过程的动力学研究表明,在SiO2表面改性阶段伴生的PDMS可兼作微滴乳液聚合的助稳定剂,有效抑制聚合过程的Ostwald熟化效应,通过微滴乳液聚合成功制备了聚丙烯酸酯/有机硅/SiO2纳米复合材料。由于过渡层PDMS的存在,使复合材料薄膜的表面水接触角超过90°,而上述聚丙烯酸酯/SiO2复合胶乳薄膜的表面水接触角仅为54.4°。透射电子显微镜、马尔文粒度仪等测试表明,当SiO2占单体质量分数为3%时,可获得平均粒径为98nm的多核-壳结构的纳米复合微粒。

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前言

第一章 文献综述

1.1有机无机纳米复合材料

1.1.1有机无机纳米复合材料的构成形式

1.1.2有机无机纳米复合的制备

1.2纳米SiO2

1.2.1纳米SiO2的特性

1.2.2硅溶胶的制备方法

1.2.3纳米SiO2的表面改性

1.2.4纳米SiO2在聚合物基体中的分散

1.2.5纳米SiO2对复合材料力学性能的影响

1.3超声

1.3.1超声的基本原理及特点

1.3.2声化学研究进展

1.4微滴乳液聚合

1.4.1单体微滴乳液的制备

1.4.2微滴乳液聚合在制备有机无机纳米复合体系上的应用

1.5本文的研究目标与内容

第二章 丙烯酸酯/纳米SiO2的微滴乳液聚合与杂化

2.1实验部分

2.1.1实验原料与实验仪器

2.1.2实验方法

2.1.3测试与表征

2.2结果与讨论

2.2.1 PMMA-Ormosil的表征

2.2.2 PMMA-Ormosil对聚合动力学的影响

2.2.3 SiO2处理过程对聚合体系稳定性的影响

2.2.4复合乳胶粒的TEM分析

2.2.5纳米复合材料的力学性能

2.3本章小结

第三章 丙烯酸酯/有机硅/纳米SiO2体系的微滴乳液聚合与复合

3.1实验部分

3.1.1实验仪器与实验材料

3.1.2实验方法

3.1.3测试与分析

3.2结果与讨论

3.2.1 PDMS-Ormosil表征与分析

3.2.2动力学表征

3.2.3复合乳胶粒的TEM表征及分析

3.2.4复合材料力学性能测试

3.2.5复合材料表面水接触角测试

3.3本章小结

第四章 全文结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢