非水溶胶-凝胶法制备无机纳米粒子聚合物复合材料的方法研究

《非水溶胶-凝胶法制备无机纳米粒子聚合物复合材料的方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、非水溶胶-凝胶法制备无机纳米粒子/聚合物复合材料的方法研究高分子科学系姜坤指导教师武培怡摘要：通过非水溶胶-凝胶法制备了二氧化硅/聚甲基丙烯酸甲酯复合物，以及两种过渡金属氧化物/二氧化硅/聚甲基丙烯酸甲酯复合物。我们首先以水玻璃为前驱体制备了二氧化硅纳米溶胶，再通过非水溶胶-凝胶法，分别以四氯化钛(TiCl4)和氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O)为钛和锆的前驱体，得到了二氧化钛/二氧化硅和二氧化锆/二氧化硅的纳米复合溶胶。最后以γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MSMA)作为偶联剂，得到了聚甲基丙烯酸甲酯与纳米无机溶胶粒子的复合物。傅里叶变换红外光谱(FT-IR

2、)结果显示二氧化硅网络与过渡金属氧化物之间有共价键的存在；热重分析(TGA)、户外耐候性测试及紫外可见光谱(UV-Vis)的结果表明，无机纳米粒子的引入，改善了聚甲基丙烯酸甲酯的热稳定性和紫外吸收能力。本方法为制备高耐热紫外屏蔽涂层材料等提供了一种可能途径。关键词：溶胶-凝胶法；硅；钛；锆；有机-无机；纳米复合物Abstract:Nanocompositesofpoly(methylmethacrylate)(PMMA)andvariousinorganicnanoparticles,includingsilica(SiO2)andtransitionmetalo

3、xide,suchastitania(TiO2)andzirconia(ZrO2),werepreparedusinganovelnonhydrolyticsol-gelprocess.Silicicacid,titaniumtetrachloride(TiCl4)andzirconiumoxychloride(ZrOCl2·8H2O)wereusedastheprecursorsofSiO2,TiO2andZrO2,respectively.TheninorganicparticleswerehybridizedwithPMMAusing3-(trimethox

4、ysilyl)propylmethacrylate(MSMA)ascouplingagent.FT-IRmeasurementshowedthatcovalentbondsexistedbetweenSiO2andtransitionmetaloxide,andtheSiO2playedaroleasbridgebetweenpolymermatricesandactiveoxide.TGA,naturalexposureagingandUV-Visexaminationshowedthatinorganicparticlesimprovedthethermals

5、tabilityandUV-resistantpropertiesofPMMA.Thesenanocompositesmaybeusedaspotentialcoatmaterialswithimprovedthermal-resistantandUV-resistantperformance.Keywords:sol-gel;silica;titania;zirconia;organic-inorganic;nanocomposite引言近年来，无机/有机纳米复合材料的合成和研究受到人们越来越多的关注。由于综合了有机材料和无机材料的性质，这些复合材料往往具有一些

6、独特的性能，如良好的机械性能[1]、光学性能[2,3]、热性能[3]等。无机/有机纳米复合材料在功能材料的发展中具有广泛的应用前景[4]。根据制备复合物时无机纳米粒子的来源不同，复合物通常可分为两类：一类直接以无机粉末作为无机成分；而另一类则以无机溶胶作为无机成分。当以无机粉末作为无机成分时，由于常用的无机粉末一般都是表面能很高的极性物质，与非极性高分子基体之间性能差别很大，需要使用特定的偶联剂对其进行表面处理以改善其与聚合物或单体的相容性；另一方面，随着粒子尺寸的减少，无机粉体比表面增大，粒子间的相互吸引力大于其排斥力，原生态的微小粒子极易形成团聚体，因此通常需

7、要通过乳液聚合来实现，从而得到包覆有无机粒子的聚合物微粒[5]。近年来，由于溶胶-凝胶化学的快速发展，可以将不同的无机组分在纳米尺度上复合从而得到无机纳米粒子；同时传统溶胶-凝胶法及非水溶胶-凝胶法的同步发展使得无机纳米粒子可以根据需要具备亲水或亲油的性质，所以通过溶胶-凝胶剂非水溶胶-凝胶过程制备有机-无机纳米复合物作为一个热点吸引了广泛的关注[6]。在合成无机/有机纳米复合物的研究中，以聚合物复合纳米硅溶胶形成各种结构二氧化硅/聚合物微球的研究最为广泛和深入。这主要是由于大多数烷氧化物的反应活性都很强，如无机中心原子为过渡金属类时，其水解和缩合都非常剧烈，很容

8、易从体系中