納米二氧化硅-丙烯酸酯復合乳液制備、結(jié)構與性能的研究.pdf

1、聚合物—納米復合材料是指以聚合物為有機相與無機相的納米顆?；蛘呒{米前驅(qū)體進行復合組裝而得到的體系。由于聚合物的可加工性、可塑性與多功能性，使之成為納米復合的首選載體之一。聚合物與無機納米的復合是納米科學與技術的重要組成部分，也是制備高性能聚合物材料的重要方法之一。 論文首先利用TEOS堿性水解制備了40-100nm的二氧化硅粒子，討論了制備過程中影響粒子大小的因素，通過調(diào)整反應介質(zhì)pH值、加料和攪拌速度等反應條件，可以得到不同粒

2、徑的二氧化硅。在pH為8.2，滴加速度小于0.08ml/min，轉(zhuǎn)速低于200r/min條件下可以制得小于100nm的納米二氧化硅。 論文其次對二氧化硅-丙烯酸酯復合細乳液的制備進行了詳細深入的研究，制備了硅膠-丙烯酸酯復合細乳液、疏水二氧化硅-丙烯酸酯復合細乳液、改性疏水二氧化硅-丙烯酸酯復合細乳液，研究了引發(fā)劑種類、反應溫度、乳化劑用量、引發(fā)劑用量、二氧化硅用量對于復合乳液制備過程中單體轉(zhuǎn)化率和粒徑變化的影響。實驗結(jié)果表明：

3、不同引發(fā)劑引發(fā)聚合反應中，單體液滴為主要的聚合場所。水溶性引發(fā)劑(APS)的存在會有少量的均相成核發(fā)生，導致聚合物平均粒徑的輕微下降。二氧化硅-丙烯酸酯復合乳液聚合過程中，隨著聚合反應溫度的升高以及乳化劑、引發(fā)劑、二氧化硅用量增加，反應速率和最終單體轉(zhuǎn)化率增加，而聚合物粒徑則呈現(xiàn)相反的趨勢，隨聚合反應溫度的升高以及乳化劑、引發(fā)劑、二氧化硅用量增加而降低。當使用水性硅膠時，二氧化硅的最大加入量可達到單體量的25％，而使用疏水二氧化硅和改性

4、疏水二氧化硅時，二氧化硅的最大加入量不能超過單體量的3.75％，否則難以獲得穩(wěn)定的聚合物乳液。不同的二氧化硅種類，雖然對聚合反應的總體影響趨勢相同，但影響程度有明顯的差異。通過選擇適當?shù)捏w系配方和聚合條件，均可以制備穩(wěn)定的二氧化硅-丙烯酸酯復合聚合物乳液。 論文還采用GPC、透射電鏡、掃描電鏡、XPS、應力應變等對所制備的硅膠-丙烯酸酯復合細乳液、疏水二氧化硅-丙烯酸酯復合細乳液以及改性疏水二氧化硅-丙烯酸酯復合細乳液進行了表征

5、，研究了復合細乳液的粒子結(jié)構和性能。 復合乳液的分子量和分子量分布研究結(jié)果顯示，硅膠-丙烯酸酯復合細乳液、疏水性二氧化硅-丙烯酸酯復合細乳液聚合物的分子量及其分布與單純丙烯酸酯細乳液聚合物比較接近，二氧化硅的引入對分子量和分子量分布沒有明顯影響。 通過對復合乳液的透射和掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)硅膠-丙烯酸酯復合細乳液與共混乳液明顯不同形態(tài)結(jié)構。共混乳液中，二氧化硅粒子與丙烯酸酯粒子相互單離，而在復合乳液中二氧化硅粒子鑲嵌在聚丙

6、烯酸酯粒子內(nèi)部。使用疏水二氧化硅和改性疏水二氧化硅時，由于與丙烯酸酯相的相互作用得到加強，丙烯酸酯對二氧化硅的包裹更為有效。 SEM結(jié)果顯示，乳液成膜后雖然二氧化硅相和丙烯酸酯相因不相容而呈現(xiàn)相分離，但相對于共混乳液，復合乳液聚合物相區(qū)分布更加均勻，相區(qū)尺寸更小，尤其是在使用改性疏水二氧化硅時更為明顯。上述形態(tài)結(jié)構通過XPS測定得到進一步證實。復合乳液成膜后的膜表面硅元素含量的分析結(jié)果表明，對硅膠-丙烯酸酯復合乳液中，當二氧化硅

7、的加入量為單體的25％時，表面硅含量僅為0.47％，低于同樣配方的共混乳液(0.82％)，更遠低于均勻分布條件下的理論值7.85％。對疏水二氧化硅-丙烯酸酯復合乳液以及改性疏水二氧化硅-丙烯酸酯復合乳液，不同二氧化硅用量下表面硅含量均為零。由此說明復合乳液成膜后，二氧化硅被丙烯酸酯包裹，丙烯酸酯為連續(xù)相，二氧化硅為分散相。相對于水性硅膠，使用疏水二氧化硅和改性疏水二氧化硅更有利于上述結(jié)構的形成。 在復合乳液應力-應變曲線上，可以

8、發(fā)現(xiàn)隨著二氧化硅用量的引入，聚合物的拉伸強度、斷裂伸長以及模量有較大幅度的增加，顯示了納米無機粒子對丙烯酸酯材料的明顯改性作用。由于二氧化硅被包裹在丙烯酸酯內(nèi)部，受力時可以承受更的應力變化，硅膠-丙烯酸酯復合乳液的拉伸強度、斷裂伸長率和模量均好于單純丙烯酸酯和硅膠-丙烯酸酯共混乳液。疏水性二氧化硅由于其特有的表面特性，其與丙烯酸酯的相互作用更強，相區(qū)尺寸更小，表現(xiàn)為疏水性二氧化硅-丙烯酸酯復合乳液的拉伸強度、斷裂伸長率比水性硅膠-丙烯酸