SiO2非水溶胶在微滴乳液聚合中的原位纳米复合

论文摘要

近年来，利用微滴乳液聚合技术（miniemulsion polymerization）制备聚合物基无机纳米复合材料受到人们的广泛关注，但是此项技术同样面临着纳米无机颗粒在有机相中难分散的问题。为了克服此问题，本文将TEOS的非水溶胶-凝胶反应（non-aqueous sol-gel reaction）与微滴乳液聚合技术相结合制备出了聚（苯乙烯-丙烯酸酯）/SiO2纳米复合材料。本文首先以聚二甲基硅氧烷（PDMS）为助稳定剂、十二烷基硫酸钠（SDS）为乳化剂、过硫酸钾（KPS）为引发剂，成功实施了苯乙烯-丙烯酸酯的微滴乳液聚合。运用动态光散射分析（DLS）表征了乳胶粒的尺寸和尺寸分布。实验结果表明：引发剂KPS浓度增大时，体系内作为聚合反应场所的乳胶粒数变化不大，乳胶粒的平均自由基数目增多，微滴乳液聚合体系的聚合速率增大。乳化剂SDS浓度增大时，乳胶粒之间的聚并减少，稳定存在的聚合反应场所的数目增多，体系的聚合速率增大。助稳定剂对微滴乳液聚合体系的聚合速率影响较小。然后以正硅酸乙酯的非水溶胶-凝胶反应制备了SiO2溶胶，并以PDMS对硅溶胶原位改性，将PDMS改性的SiO2分散于有机单体中并利用微滴乳液聚合技术原位制备了聚（苯乙烯-丙烯酸酯）/SiO2纳米复合材料。采用动态光散射分析、力学性能分析、差示扫描量热分析（DSC）以及透射电镜（TEM）等手段对复合产物进行了表征。结果表明硅溶胶的引入在一定程度上降低了单体珠滴的剪切分散相容性和稳定性，使复合乳胶粒的粒径随硅溶胶含量的增大而增大，粒度分布变宽。复合乳胶粒形态为若干无机粒子以微相区（microdomains）被包覆于有机聚合物中的纳米复合结构形态。随着SiO2含量的增加，复合材料的玻璃化转变温度Tg升高；SiO2的引入提高了材料的断裂强度和屈服应力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 第二章 文献综述
• 2的制备及表面改性'>2.1 纳米SiO₂的制备及表面改性
• 2的制备'>2.1.1 纳米SiO₂的制备
• 2.1.1.1 传统的溶胶-凝胶（sol-gel）反应
• 2.1.1.2 非水溶胶-凝胶（non-aqueous sol-gel）反应
• 2的表面改性'>2.1.2 纳米SiO₂的表面改性
• 2.1.2.1 化学改性
• 2.1.2.2 物理改性
• 2.2 微滴乳液聚合技术
• 2.2.1 微滴乳液的制备
• 2.2.1.1 配方
• 2.2.1.2 制备方法
• 2.2.2 微滴乳液聚合的成核机理
• 2.2.3 微滴乳液聚合的应用
• 2纳米复合材料的制备方法'>2.3 聚合物基/SiO₂纳米复合材料的制备方法
• 2.3.1 共混法
• 2.3.1.1 熔融共混
• 2.3.1.2 溶液共混
• 2.3.2 sol-gel法
• 2.3.3 原位聚合
• 2复合材料的应用'>2.3.4 聚合物基/SiO₂复合材料的应用
• 2.4 本课题研究内容
• 第三章 苯乙烯-丙烯酸酯的微滴乳液聚合
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 仪器及药品
• 3.1.2 实验方法
• 3.1.3 测试与表征
• 3.1.3.1 转化率的测定
• 3.1.3.2 凝胶率的测定
• 3.1.3.3 乳胶粒粒径及粒径分布的测定
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 微滴乳液聚合的动力学
• 3.2.1.1 KPS浓度
• 3.2.1.2 乳化剂浓度
• 3.2.1.3 PDMS浓度
• 3.2.2 各因素对体系稳定性的影响
• 3.2.2.1 引发剂浓度
• 3.2.2.2 SDS用量
• 3.2.2.3 PDMS用量
• 3.3 小结
• 2纳米复合材料的制备'>第四章 聚（苯乙烯-丙烯酸酯）/SiO₂纳米复合材料的制备
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验原料与仪器
• 4.1.2 实验方法
• 2非水溶胶的制备'>4.1.2.1 纳米SiO₂非水溶胶的制备
• 2复合材料的制备'>4.1.2.2 聚（苯乙烯-丙烯酸酯）/SiO₂复合材料的制备
• 4.1.3 测试与表征
• 2非水溶胶在有机相中稳定性测定'>4.1.3.1 纳米SiO₂非水溶胶在有机相中稳定性测定
• 2非水溶胶粒径的测定'>4.1.3.2 纳米SiO₂非水溶胶粒径的测定
• 4.1.3.3 转化率（X%）的测定
• 4.1.3.4 复合乳胶粒粒径及粒径分布的测定
• 4.1.3.5 凝胶率的测定
• 4.1.3.6 DSC表征
• 4.1.3.7 力学性能测试
• 4.1.3.8 TEM表征
• 4.2 结果与讨论
• 2非水溶胶的制备'>4.2.1 纳米SiO₂非水溶胶的制备
• 2溶胶在混合单体中的分散情况'>4.2.1.1 改性的SiO₂溶胶在混合单体中的分散情况
• 2溶胶的粒径测试'>4.2.1.2 改性的SiO₂溶胶的粒径测试
• 4.2.2 各因素对复合聚合物的乳胶粒粒径的影响
• 4.2.2.1 乳化剂SDS浓度
• 2含量'>4.2.2.2 SiO₂含量
• 4.2.2.3 PDMS含量
• 4.2.3 各因素对复合体系反应动力学的影响
• 2含量'>4.2.3.1 SiO₂含量
• 4.2.3.2 SDS浓度
• 4.2.3.3 PDMS浓度
• 4.2.4 各因素对体系稳定性的影响
• 2含量'>4.2.4.1 SiO₂含量
• 4.2.4.2 SDS浓度
• 4.2.4.3 PDMS含量
• 4.2.5 DSC表征
• 2含量对复合材料力学性能的影响'>4.2.6 SiO₂含量对复合材料力学性能的影响
• 4.2.7 TEM表征
• 4.3 小结
• 第五章 全文结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢