高折光率聚甲基丙烯酸甲酯有機(jī)無(wú)機(jī)納米雜化材料的制備與研究.pdf

1、近年來(lái),由于光學(xué)材料的廣泛應(yīng)用,高分子有機(jī)無(wú)機(jī)納米雜化材料的研究引起人們的關(guān)注。通過(guò)在高分子材料中添加各種具有光學(xué)特性的無(wú)機(jī)填料,使得到的材料在保持高分子本身的性能的同時(shí),又具備了特殊的光學(xué)性質(zhì)和功能。聚甲基丙烯酸甲酯是一種優(yōu)秀的光學(xué)材料,擁有著質(zhì)輕、成本低、透光性好的優(yōu)點(diǎn),但是折光率比較低,只有1.49。而無(wú)機(jī)材料如二氧化鈦、二氧化鋯等通常有著較高的折光率,但是無(wú)機(jī)材料有著透光性差、機(jī)械性能不良的缺點(diǎn)。所以將兩者結(jié)合起來(lái),制備出一種具

2、有較高折光率的有機(jī)無(wú)機(jī)納米雜化材料必將在光學(xué)領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用。本文的主要內(nèi)容是運(yùn)用一種創(chuàng)新的、更加簡(jiǎn)便的方法——溶劑熱法,來(lái)嘗試分別將折光率較高的二氧化鈦、二氧化鋯和單質(zhì)硅填入到聚甲基丙烯酸甲酯聚合物基體中,并對(duì)其進(jìn)行表征并研究其光學(xué)性能和熱性能。
　　傳統(tǒng)制備有機(jī)無(wú)機(jī)納米雜化材料的方法有兩種,分別是溶膠-凝膠法和機(jī)械共混法。這兩種方法雖然研究已經(jīng)較成熟,文獻(xiàn)報(bào)道的也非常多,但是實(shí)驗(yàn)方法都比較復(fù)雜,步驟繁多。所以本文提出了一種

3、創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)方法——溶劑熱法來(lái)制備不同無(wú)機(jī)填充物的高折光率聚甲基丙烯酸甲酯復(fù)合材料。
　　首先,實(shí)驗(yàn)嘗試了以鈦酸正丁酯為前驅(qū)體,以乙烯基三甲氧基硅烷為共聚單體,采用溶劑熱一步法使得二氧化鈦以原位的方式連接到聚甲基丙烯酸甲酯基體上,即只采用一個(gè)步驟就將鈦酸正丁酯的醇解和甲基丙烯酸甲酯與乙烯基三甲氧基硅烷的共聚同時(shí)完成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明溶劑熱一步法中二氧化鈦以共價(jià)鍵的方式連接入聚合物基體中,且為銳鈦礦型,顆粒大小在5-6nm左右并在聚甲基丙

4、烯酸甲酯基體中均勻分散。不同含量鈦酸正丁酯的復(fù)合材料的透光率都達(dá)到了80％以上。當(dāng)鈦酸正丁酯含量為50.00wt%時(shí),折光率可以達(dá)到1.839(633nm)。同時(shí)二氧化鈦的引入有利于提高材料的耐熱性能和抗紫外性能。
　　其次,實(shí)驗(yàn)嘗試了以正丙醇鋯為前驅(qū)體,同樣以乙烯基三甲氧基硅烷為共聚單體,采用溶劑熱一步法使得二氧化鋯以原位的方式連接到聚甲基丙烯酸甲酯基體上。由于正丙醇鋯的活性較強(qiáng),實(shí)驗(yàn)中還采用了乙酰丙酮作為穩(wěn)定劑,通過(guò)其與鋯金屬

5、的螯合作用,將二氧化鋯無(wú)機(jī)顆粒進(jìn)行包覆,從而防止二氧化鋯發(fā)生團(tuán)聚。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明正丙醇鋯水解后先生成氯氧化鋯ZrOCl2?8H2O,而經(jīng)過(guò)高溫退火處理后氯氧化鋯 ZrOCl2?8H2O生成非晶的ZrO2。所制得的復(fù)合材料有著良好的成膜性,所制備的復(fù)合薄膜透明,透光率大于85%。在正丙醇鋯質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為29.58 wt%時(shí),折光率可以達(dá)到1.680(633nm),同時(shí),二氧化鋯的摻入并不會(huì)影響聚甲基丙烯酸甲酯熱性能上的使用。
　　最后,

6、實(shí)驗(yàn)中嘗試將折光率非常高的單質(zhì)硅粉添加入到聚甲基丙烯酸甲酯聚合物基體中。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)超聲將單質(zhì)硅粉(商業(yè)用)進(jìn)行分散,并使用乙烯基三甲氧基硅烷對(duì)硅粉進(jìn)行包覆。最后將其添加到甲基丙烯酸甲酯單體中,采用溶劑熱的方法進(jìn)行聚合。通過(guò)表征,單質(zhì)硅粉直徑集中在100nm左右。密度小且為多孔硅,比表面積大,可以進(jìn)一步提高折光率。所旋涂得到的不同硅含量的PMMA-VTMO/Si薄膜透光率可以達(dá)到80%以上。所制備得到的復(fù)合薄膜在單質(zhì)硅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3×1