二氧化硅微球的應(yīng)用研究——粒子的表面改性與膠體晶體的制備.pdf

1、納米SiO2作為橡膠、塑料等行業(yè)不可缺少的優(yōu)良原料,是一種重要的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品,由單分散SiO2組裝而成的膠體晶體在光子晶體、光電子器件等方面的應(yīng)用也引起了人們的極大關(guān)注。但是納米SiO2表面能高,極易團(tuán)聚,表面親水疏油,很難在有機(jī)相中均勻分散,從而限制了它的應(yīng)用,要解決上述問(wèn)題,必須對(duì)其進(jìn)行表面改性。膠體晶體組裝后的干燥過(guò)程是其能否實(shí)現(xiàn)納米量級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵,與普通干燥相比,在超臨界流體條件下對(duì)膠體晶體進(jìn)行干燥,可以有效地避免凝膠在干燥過(guò)程

2、中的收縮,最大限度地保持凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
　　 在硅烷偶聯(lián)劑改性SiO2的實(shí)驗(yàn)中,使用四種帶有不同基團(tuán)的偶聯(lián)劑對(duì)SiO2進(jìn)行表面改性,運(yùn)用DTS和FT-IR進(jìn)行表征分析。DTS測(cè)量結(jié)果表明,隨著偶聯(lián)劑用量的增多,改性納米SiO2粒徑變大,但PDI值先降低后升高,這說(shuō)明合適的偶聯(lián)劑用量在增強(qiáng)粒子疏水性的同時(shí)還可以減弱粒子間的團(tuán)聚作用,使粒子分散效果得到改善。FT-IR分析表明改性SiO2的硅羥基吸收峰明顯減弱的同時(shí)增加了偶聯(lián)劑有機(jī)

3、鏈的吸收峰,這說(shuō)明SiO2表面的硅羥基與硅烷偶聯(lián)劑間發(fā)生了化學(xué)鍵合,完成了改性反應(yīng)。
　　 乳液聚合改性SiO2的實(shí)驗(yàn)以兩種不同粒徑的SiO2為核,采用了MMA、VAC和St這三種親水性不同單體,使用平流泵進(jìn)料,進(jìn)料速率分別選取0.01、0.02、0.04 mL/min,每小時(shí)取樣一次。復(fù)合粒子的粒徑增長(zhǎng)情況運(yùn)用DTS和SEM進(jìn)行表征,粒子表面基團(tuán)的變化用FT-IR分析。DTS和SEM分析結(jié)果表明,通過(guò)無(wú)皂乳液聚合法可以在親水的

4、SiO2粒子表面包覆有機(jī)層,但聚合物單體的親水性和SiO2的粒徑對(duì)有機(jī)殼層的形成過(guò)程有較大影響,以MMA和VAC為單體時(shí),PMMA和PVAC都能夠在親水的SiO2表面直接包覆形成穩(wěn)定的殼層,但以St為單體且以納米SiO2為核時(shí),DTS結(jié)果顯示SiO2/PSt粒徑增長(zhǎng)速度要比其他兩種復(fù)合粒子快得多；以亞微米SiO2為核時(shí),SEM分析表明亞微米SiO2只能夠吸附一定厚度的由粒徑在10～30nm的PSt顆粒組成的PSt層。一旦PSt殼層的厚度