以苯乙烯-丙烯酸（酯）共聚物乳膠粒為模板制備氧化物空心微球及其表征.pdf

1、本論文主要以C9與馬來酸酐(MA)共聚物P(C9-MA)為乳化劑制備了粒徑400nm表面帶有羧基的PSA陰離子乳膠粒(PSA-A)；以C9與甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化胺(DMC)的共聚物P(C9-DMC)為乳化劑制備了粒徑200nm表面帶有季銨鹽的PSA陽離子乳膠粒(PSA-C)。以PSA-A乳膠粒為模板成功制備了ZrO2、CeO2空心球以及ZrO2-ZnO、CeO2-ZrO2的復(fù)合結(jié)構(gòu)空心球；以PSA-C乳膠粒為模板制備了ZrO2空心

2、微球。同時(shí)考察了反應(yīng)物的濃度、乳膠粒的加入量、包覆次數(shù)及反應(yīng)溫度等條件對包覆的影響。探討了水合金屬氧化物納米粒子在PSA乳膠粒表面形成包覆層的可能機(jī)理，得出了利用直接包覆法形成核/殼結(jié)構(gòu)的最佳條件。 1.以PSA-A乳膠粒為模板，硫酸鋯為反應(yīng)物，甲酰胺為pH值調(diào)節(jié)劑在70℃反應(yīng)5h可以使生成的水合ZrO2包覆于PSA的表面，形成PSA/水合ZrO2的核/殼結(jié)構(gòu)微球，600℃煅燒1h去除乳膠粒模板后，得到ZrO2空心球，并詳細(xì)考察

3、了各種實(shí)驗(yàn)條件對包覆效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在適當(dāng)?shù)膒H值條件下，通過控制Zr4+和沉淀劑甲酰胺的濃度來調(diào)節(jié)水合氧化鋯的生成速度，可以使水合氧化鋯均勻包覆于PSA表面，殼層的厚度可通過改變反應(yīng)物的濃度、乳膠粒的加入量以及包覆次數(shù)等實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過煅燒除去模板后，得到了完好的ZrO2空心球。微球直徑約450～500nm，壁厚約25～50nm，并用TEM和SEM對PSA/水合ZrO2復(fù)合微球以及ZrO2空心球的形貌和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征

4、，結(jié)果表明：經(jīng)過三次包覆的PSA乳膠粒被水合ZrO2殼層均勻包覆的效果最佳。另外PSA乳膠粒、PSA/水合ZrO2復(fù)合微球和ZrO2空心球的FT-IR實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：600℃煅燒能有效地除去模板。粉末X-射線衍射(XRD)結(jié)果表明：所得空心球是由14.22nm單斜相的ZrO2納米粒子構(gòu)筑而成的。同時(shí)，用Zeta電位法探討了水合金屬氧化物納米粒子在PSA乳膠粒表面形成微球的機(jī)理，得出了形成光滑包覆層的反應(yīng)物濃度范圍。 2.以PSA-

5、C乳膠粒為模板，硫酸鋯為反應(yīng)物，甲酰胺為pH值調(diào)節(jié)劑在70℃反應(yīng)5h可以形成PSA/水合ZrO2的核/殼結(jié)構(gòu)微球，殼層的厚度可通過控制硫酸鋯的濃度和包覆的次數(shù)來改變，600℃煅燒1h去除乳膠粒模板后，得到17nm左右單斜晶體組成的ZrO2空心微球。詳細(xì)考察了各種實(shí)驗(yàn)條件對包覆效果的影響及煅燒溫度對晶相的影響。所制得的樣品采用FT-IR、XRD、TEM和SEM等進(jìn)行了表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：所得微球大小均勻，直徑約為250～300nm，壁厚大

6、約為25～50nm。 3.以PSA-A乳膠粒為模板，硫酸鋯、硝酸鋅為反應(yīng)物，甲酰胺為pH值調(diào)節(jié)劑利用同步水解法形成水合PSA/ZnO-ZrO2的核/殼復(fù)合結(jié)構(gòu)微球，焙燒除去PSA乳膠粒模板后，得到由13.57nm四方相小晶粒組成的粒徑為500nm的ZrO2-ZnO空心球。通過FT-IR、XRD、TEM、SEM和XPS對樣品進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：空心微球的Zn/Zr原子比為0.03，所以通過摻雜少量氧化鋅可以有效的穩(wěn)定氧化鋯的晶相

7、并制得純四方相氧化鋯空心微球。 4.以PSA-A乳膠粒為模板，通過硫酸高鈰和尿素的水解反應(yīng)得到PSA/水合CeO2的核/殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合微球，通過焙燒除去乳膠粒模板得到立方相CeO2空心微球。CeO2空心微球平均粒徑為450～500nm，由11.76nm的小粒子堆積而成。詳細(xì)考察了Ce4+、尿素、PVP的濃度，反應(yīng)溫度，PSA乳膠粒的加入量等實(shí)驗(yàn)條件對包覆效果的影響。通過FT-IR、XRD、TEM、SEM對樣品進(jìn)行了表征，并討論了C

8、eO2空心微球形成的機(jī)理。 5.以PSA-A乳膠粒為模板，硫酸高鈰和硫酸鋯為反應(yīng)物，尿素和甲酰胺為沉淀劑，在PSA陰離子乳膠粒表面包覆不同層數(shù)的水合CeO2和水合ZrO2，制得PSA/水合CeO2-ZrO2復(fù)合結(jié)構(gòu)微球。通過焙燒除去PSA陰離子乳膠粒模板得到了不同鈰鋯原子比的CeO2-ZrO2復(fù)合結(jié)構(gòu)空心微球。通過FT-IR、XRD、TEM、SEM和XPS對樣品進(jìn)行了表征。結(jié)果表明隨著CeO2含量的增加CeO2-ZrO2復(fù)合結(jié)構(gòu)