高性能聚合物納米中空膠囊制備與納米多孔材料的構(gòu)建.pdf

1、納米多孔材料的孔隙由納米級的空隙構(gòu)成，該孔隙的引入可方便地調(diào)節(jié)材料的介電常數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、折光指數(shù)等物理參數(shù)，因而納米多孔材料可應(yīng)用于制備超級絕熱材料、超低介電常數(shù)材料、防反射材料等功能材料。
　　目前對納米多孔材料的研究主要集中在無機(jī)材料方面。相比于無機(jī)材料為骨架的納米多孔材料，聚合物納米多孔材料的骨架為聚合物，它具有可選單體種類多、易加工性、易功能化修飾等特點(diǎn)。然而，聚合物納米多孔材料的制備卻因自身強(qiáng)度等原因較無機(jī)納米多孔材料困

2、難。本文旨在探索一種可控制備聚合物納米多孔材料的新方法:先制備得到高空隙率（空腔體積分率）不塌陷聚合物納米中空膠囊，而后以其為基本模塊單元，通過化學(xué)及物理的方法將其進(jìn)一步構(gòu)建成體狀納米多孔材料，在此基礎(chǔ)上制備得到超級絕熱聚合物新材料。
　　論文的主要結(jié)論如下:
　　(1)通過RAFT（Reversible Addition/Fragmentation Transfer）細(xì)乳液界面聚合，制備得到了不塌陷的高性能聚合物納米中空膠

3、囊。通過改變雙親性大分子RAFT試劑的用量，聚合物納米中空膠囊的體均粒徑可以在70nm到199nm之間調(diào)節(jié)。通過改變油相中的單體與相變蠟比例，可以簡便精確地調(diào)節(jié)聚合物納米中空膠囊的空隙率（空腔體積分率）。聚合物納米中空膠囊的空隙率越高，膠囊越容易發(fā)生塌陷。膠囊的塌陷問題可以簡單地通過增大殼層聚合物的交聯(lián)劑用量解決。隨著交聯(lián)劑用量的增加，聚合物納米中空膠囊塌陷的分率線性地減小?？芍苽涞玫娇障堵式咏?.6而不塌陷的聚合物納米中空膠囊，其殼層

4、平均厚度僅為11.5nm。該中空粒子的聚合物殼層含有介孔結(jié)構(gòu)，其比表面積為514m2/g，孔容2.74mL/g，最可幾孔徑為9nm。制備得到的聚合物納米中空膠囊結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，不僅可以在有機(jī)溶劑中保持其結(jié)構(gòu)，而且在高溫(200℃)和高剪切的環(huán)境中仍能保持自身的中空結(jié)構(gòu)不塌陷。另外，聚合物納米中空膠囊可以完全分散在有機(jī)溶劑中，擁有良好的重分散性能。
　　(2)聚合物納米中空膠囊粉末具有很低的導(dǎo)熱系數(shù)，并且隨著聚合物納米中空膠囊空隙率提

5、高，導(dǎo)熱系數(shù)降低，最低可達(dá)到0.016 W/(m·K)。利用膠體模板凝膠化的方法，以部分醚化的三聚氯胺甲醛樹脂作為納米膠囊間的交聯(lián)劑，將聚合物納米中空膠囊連接成塊，得到聚合物納米多孔材料。該多孔材料的孔隙率和孔徑大小可以通過改變納米膠囊乳液的固含量、醚化三聚氰胺甲醛樹脂的用量以及納米中空膠囊自身空隙率調(diào)節(jié)。制備得到的聚合物納米多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)與使用的聚合物納米中空膠囊的類型、納米多孔材料的孔隙率以及醚化三聚氰胺甲醛樹脂的用量有關(guān):實心

6、粒子無法通過膠體模板凝膠化方法得到超低導(dǎo)熱系數(shù)的聚合物納米多孔材料。而在不同類型的中空膠囊中，使用核殼比為1∶1的納米膠囊制備得到的聚合物納米多孔材料其絕熱效果最好，導(dǎo)熱系數(shù)為0.020 W/(m·K)，并且該多孔材料相對于傳統(tǒng)的絕熱材料具有很高的力學(xué)強(qiáng)度，孔隙率為79.2％時其壓縮強(qiáng)度為8.48Mpa;聚合物納米多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨著孔隙率的降低表現(xiàn)出明顯降低的趨勢。當(dāng)多孔材料的孔隙率為77.2％時，其平均孔徑為173nm，導(dǎo)熱系數(shù)可

7、降至0.018W/(m·K);體系中引入的醚化三聚氯胺甲醛樹脂越多，多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)越大。但是當(dāng)殼層聚合物與PMF（三聚氰胺甲醛樹脂）的比例在1.25以上時，制備得到的聚合物多孔材料易裂開。
　　(3)通過熔融共混，將聚合物納米中空膠囊以填料的方式混入聚合物基體中，成功制備得到了低孔隙率聚合物納米多孔材料。聚合物納米中空膠囊在聚合物基體中基本實現(xiàn)單個膠囊的分散;增大聚合物納米中空膠囊在材料中分率至0.4，并未影響膠囊在基體中的分

8、散;使用空隙率更高的聚合物納米中空膠囊作為分散相時，隨著空隙率的提高，納米膠囊塌陷的比例提高。
　　(4)將低玻璃化溫度的聚丙烯酸丁酯乳液與納米膠囊乳液共混，可以幫助納米膠囊乳液成膜。當(dāng)納米膠囊∶PBA（聚丙烯酸正丁酯）=5∶3（質(zhì)量比）時，膠囊乳液可以成連續(xù)的膜。當(dāng)使用核殼比為1∶1的納米膠囊乳液時，制備得到的膜的多孔結(jié)構(gòu)在高溫下會被破壞，所以無法用高溫加熱的方法除去膜中的相變蠟得到多孔結(jié)構(gòu)。使用核殼比為1∶4的納米膠囊乳液可以