無機(jī)納米粒子-聚合物復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、本文文獻(xiàn)綜述部分從無機(jī)納米/聚合物復(fù)合材料的研究進(jìn)展，無機(jī)納米粒子的表面改性，無機(jī)納米粒子的表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合，三個層次對聚合物基無機(jī)納米復(fù)合材料的制備方法，應(yīng)用領(lǐng)域，存在的問題進(jìn)行了綜述。并對其中無機(jī)納米粒子的表面改性這一實(shí)現(xiàn)無機(jī)納米粒子在聚合物中均勻分散的瓶頸問題作了較詳細(xì)的討論。在各種表面改性方法中，表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合無疑是這一領(lǐng)域的熱點(diǎn)，在綜述部分對表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的原理，影響因素，目前的應(yīng)用領(lǐng)域等作了

2、詳盡的討論，并對其理論研究和廣闊的應(yīng)用前景談了一點(diǎn)自己的看法。 高分子復(fù)合微球的研究是近年來頗受關(guān)注的課題，尤其是無機(jī)納米/聚合物復(fù)合微球因其界面張力大，無機(jī)納米顆粒與聚合物親和力差，該類復(fù)合微球的制備無論從理論上還是實(shí)際應(yīng)用都有較多困難。本文第二章工作中，首次利用廉價硅源通過常溫?zé)o皂乳液聚合的方法制備了草莓結(jié)構(gòu)(Raspberry-like)的納米二氧化硅/聚合物復(fù)合微球。該制備方法中納米二氧化硅無須表面改性，聚合過程中也不必

3、另外添加乳化劑，穩(wěn)定劑等。通過改變反應(yīng)中的各種實(shí)驗(yàn)條件及各種影響因素，可對該類復(fù)合微球的粒徑大小，二氧化硅含量進(jìn)行調(diào)節(jié)。并對最終產(chǎn)物的透光性，耐熱性等作了分析，提出了可能的成核機(jī)理。 表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(SI-ATRP)因其可以對各種形貌無機(jī)納米粒子的規(guī)整包覆，以及表面可以生成刺激響應(yīng)的嵌段共聚物而在近年來的報道中成為熱點(diǎn)。本文第三章工作中，首先用干燥溴化氫對商品化的硅烷偶聯(lián)劑KH-570進(jìn)行加成反應(yīng)，得到大分子引發(fā)劑(

4、溴代異丁酰氧丙基三乙氧基硅烷)，隨之使其一步自組裝在無機(jī)納米粒子表面。這種方法減少了將活性引發(fā)劑引入無機(jī)納米粒子表面的非均相反應(yīng)步驟，使無機(jī)納米粒子表面引發(fā)劑濃度較大。為較好的實(shí)現(xiàn)聚合物對無機(jī)納米粒子表面的規(guī)整包覆提供了更好的反應(yīng)條件，在隨后進(jìn)行的表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(SI-ATRP)反應(yīng)中，聚苯乙烯接枝率和單體轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)時間線型增大，分子量隨轉(zhuǎn)化率線型增大，分子量分布(PDI=M<,w>/M<,n>)始終保持較低，體現(xiàn)出明顯的

5、活性聚合特征。經(jīng)聚合物接枝包覆的無機(jī)納米粒子能均勻分散于有機(jī)介質(zhì)中。 稀土氧化鈰是重要的輕稀土產(chǎn)品，由于其獨(dú)特的電子構(gòu)型從而具有許多特殊的性質(zhì)，已在各領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。本文第四章工作中，利用簡單一鍋煮的辦法，使硬脂酸通過表面酯化反應(yīng)對納米氧化鈰進(jìn)行了表面改性，使之在油性介質(zhì)中的分散性，與有機(jī)相的相容性都有明顯提高。詳細(xì)討論了改性后納米氧化鈰在有機(jī)相中的各種分散參數(shù)，為這一材料應(yīng)用于聚合物的工業(yè)化生產(chǎn)提供了可能性。隨后用常規(guī)的原位乳

6、液聚合辦法將改性后的納米氧化鈰均勻分散于聚苯乙烯樹脂中，制成聚苯乙烯/納米氧化鈰復(fù)合材料。結(jié)合分子量變化、紅外、XPS分析等各種表征手段，發(fā)現(xiàn)用該方法將納米氧化鈰均勻分散于聚合物基體中，可以對材料起到明顯的光穩(wěn)定作用，納米氧化鈰通過對紫外光的選擇性吸收并使之轉(zhuǎn)化為對聚合物危害較小的熱能或次級輻射消耗掉，而達(dá)到防止聚合物基體老化降解的效果。通過DSC和TG分析，添加納米氧化鈰的聚合物熱穩(wěn)定性明顯提高。通過材料斷面SEM分析，當(dāng)納米氧化鈰含

7、量少于1 wt％時，可在聚合物基體中均勻納米分散，且很有可能對基體產(chǎn)生同步增強(qiáng)增韌的作用。 本文草莓結(jié)構(gòu)納米二氧化硅/聚合物復(fù)合材料的制備中，利用廉價硅源常溫?zé)o皂乳液聚合為該類復(fù)合微球的制備提供了一種新的方法和思路。原子轉(zhuǎn)移自由基聚合對無機(jī)納米粒子的表面改性的工作中，利用一步的非均相反應(yīng)，使大分子引發(fā)劑自組裝在無機(jī)納米粒子表面，較之文獻(xiàn)中報道的用多步非均相反應(yīng)才實(shí)現(xiàn)的表面引發(fā)劑自組裝方法有一定創(chuàng)新性。聚苯乙烯/納米氧化鈰復(fù)合材料