聚合物-乙烯基功能化二氧化硅納米復(fù)合粒子的制備、表征及性能.pdf

1、近年來(lái)聚合物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用已引起國(guó)內(nèi)外化學(xué)和物理界極其強(qiáng)烈的興趣。目前，聚合物-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料中常見的無(wú)機(jī)粒子主要包括SiO2，TiO2，ZnO，ZrO2等，其中SiO2粒子由于具有高強(qiáng)度，高剛性，能吸收紫外線，無(wú)毒等優(yōu)良性質(zhì)，逐漸成為材料科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。但因其具有親水性，比表面積大以及比表面能高等性質(zhì)，使得SiO2粒子與聚合物的相容性和分散性都較差。本論文重點(diǎn)合成了一種表面乙烯基功能化的SiO2納米粒子(

2、V-SiO2)，進(jìn)一步利用SiO2表面的乙烯基與乙烯基單體通過(guò)原位種子聚合形成聚合物/V-SiO2納米復(fù)合粒子。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　 論文首先通過(guò)改性的St(O)ber法，即前驅(qū)體正硅酸四乙酯(TEOS)分散在大量的無(wú)水乙醇中，在催化劑氨水(NH3·H2O)作用下，制備了粒徑在20nm～119.20nm范圍內(nèi)且分散性好的SiO2納米粒子。場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)其他量固定時(shí)，隨著H2O用量的增加，SiO

3、2粒子的粒徑先增加后減小。當(dāng)其他量固定時(shí)，增加NH3·H2O用量則會(huì)降低SiO2粒子的粒徑，而當(dāng)NH3·H2O用量增加到3mL時(shí)，立即凝膠。另外，NH3·H2O滴加速率越快，粒徑越大。當(dāng)NH3·H2O滴加速率達(dá)到5.5mL/min，立即凝膠。
　　 基于上述SiO2納米粒子的合成方法，通過(guò)優(yōu)化體系，直接以乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)為前驅(qū)體，NH3·H2O為催化劑，在表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)存在下，合成了V-Si

4、O2。 FE-SEM測(cè)試結(jié)果表明，V-SiO2高度單分散，粒徑在幾十個(gè)納米到一個(gè)微米范圍;與SiO2粒子相比，X-射線光電子能譜(XPS)測(cè)試結(jié)果顯示，V-SiO2在285ev處出現(xiàn)很強(qiáng)的C1s的特征信號(hào)，且C1s/O1s的比率大大增加，比值從3/61增加到41/32?？烧J(rèn)為純SiO2表面大量的羥基被乙烯基所取代，從而導(dǎo)致氧含量大大減少。傅里葉紅外光譜(FTIR)結(jié)果也顯示，V-SiO2在3062cm-1，2961cm-1和3025cm

5、-1處出現(xiàn)了=CHx伸縮振動(dòng)，1602cm-1處出現(xiàn)了明顯的C=C的伸縮振動(dòng)。另外，SiO2納米粒子在1097cm-1處Si-O-Si的伸縮振動(dòng)，在V-SiO2的FTIR中，此峰被分裂成兩個(gè)峰(1050cm-1和1125cm-1)，這是由于Si-C鍵破壞了Si-O-Si結(jié)構(gòu)的伸縮。
　　 基于V-SiO2表面的乙烯基，進(jìn)一步以V-SiO2為底物，以N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)為反應(yīng)單體，然后在引發(fā)劑偶氮二異丁腈(AIBN)作用下

6、，在水溶液中，通過(guò)單體NVP與V-SiO2表面的乙烯基的原位種子聚合反應(yīng)合成了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/V-SiO2納米復(fù)合粒子。FE-SEM和透射電鏡(TEM)分析結(jié)果表明，當(dāng)V-SiO2的粒徑為78nm時(shí)，復(fù)合粒子呈現(xiàn)一個(gè)殼聚合物包含兩個(gè)或幾個(gè)核粒子;當(dāng)V-SiO2的粒徑為242nm時(shí)，復(fù)合粒子為一個(gè)殼均勻地包裹著一個(gè)核粒子;當(dāng)V-SiO2的粒徑高達(dá)504nm時(shí)，V-SiO2表面具有薄層殼，并且有聚合物小球吸附在其表面。FTIR測(cè)試

7、結(jié)果顯示，與V-SiO2比較，PVP/V-SiO2復(fù)合粒子的FTIR圖譜上有明顯的羰基(PVP鏈段上的羰基)峰，可證明V-SiO2已經(jīng)成功地與NVP發(fā)生了聚合反應(yīng)。
　　 同樣，以V-SiO2(粒徑91nm)為底物，以非水溶性醋酸乙烯酯(VAC)為反應(yīng)單體，在水溶性引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀(KPS)作用下，通過(guò)單體VAc與V-SiO2表面的乙烯基的原位種子聚合反應(yīng)合成了聚醋酸乙烯酯(PVAc)/V-SiO2納米復(fù)合粒子。FE-SEM和TE