功能性无机有机复合粒子的制备、表征及应用

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1、四川I大学工学博士学位论文功能性无机／有机复合粒子的制备、表征及应用材料学专业博士生：张凯指导教师：傅强教授摘要本论文的研究课题来源于国防预研项目，研究目的是制备出粒径≤10pnl的包覆有纳米活性铝粉的聚合物复合粒子，并在此基础上优化制备工艺，进一步提高纳米铝粉的活性和包覆率。纳米铝粉具有较高的表面能和表面活性，容易发生团聚，且与水、氧气反应而失去活性。如何在制各纳米铝粉／聚合物复合粒子的过程中，既保持纳米铝粉活性，又确保纳米铝粉具有较好的分散性，成为了本课题研究的难点。由于超声波作用下辅助引发分散聚合

2、反应的研究未见报道，为了确保纳米铝粉／聚苯乙烯复合粒子能够制备成功，本课题的研究思路为：首先，对超声波作用下辅助引发苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯的分散聚合反应规律进行研究；然后，对超声波作用下辅助引发苯乙烯的分散聚合反应制各惰性无机粒子／聚苯乙烯复合粒子(Si02／PS、Ti02／PS、Ag／VS)的规律进行研究：最后，在以上研究的基础上，对超声波作用下辅助引发苯乙烯的分散聚合反应制备活性无机粒子，聚苯乙烯复合粒子的规律进行研究，从而实现A1／PS复合粒子的制备。为了进一步拓宽无机／有机复合粒子的制备方法，本

3、文还对超声波作用下辅助引发甲基丙烯酸甲酯的分散聚合反应制备惰性无机粒子／聚甲基丙烯酸甲酯复合粒子(Si02／PMMA、Ag／PMMA)及超声波场下利用相分离方法制备Si0．,／PA一6及Ag／PA一6复合粒子的规律进行研究。1．对超声波作用下辅助引发苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯的分散聚合反应规律进行了系统的研究。首先，研究了超声波场的输出功率及作用时间对苯乙烯分散聚合反应的影响，从而确定了合适的超声波场的试验条件(400W×3．Oh)。同时，采用单因素试验方法，对超声波场下苯乙烯分散聚合反应的反应规律进行了初

4、步研究。然后，采用均匀设计方法对超声波场下苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯分散聚合功能性无机／有机复合粒子的制备、最征及应用反应的主要影响因素(单体用量、引发剂用量、分散剂用量及反应介质组成)进行了四因素八水平试验设计，通过对试验结果的回归分析推导出了聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯粒子的分子量、粒径大小及分布与四因素的数学模型，并对数学模型的可靠性进行了评估。虽然回归方程的预测值与实测值存在一定的偏差(相对偏差在10％以内)，但仍对聚合物粒子的设计和机理研究有一定的指导作用。以一k两方面的研究工作，为超声波场下聚合反

5、应条件的优化奠定了基础。接着，运用有限元方法，计算模拟了超声波场下分散聚合体系中的温度分布场。最后，综合研究结果，提出了超声波场作用下分散聚合的反应是分区域分阶段逐步进行的反应机理。2．对超声波作用下辅助引发苯乙烯的原位分散聚合反应制备无机惰性粒子／PS复合粒子的反应规律进行了研究。首先，根据不同超细无机粒子的表面特性，选择合适的表面活性剂，在超声波场中对其进行亲油化处理。对于SiO。、TiO：这类无机氧化物粒子，可以采用阳离子表面活性剂CTAB在弱碱性条件下处理：对于Ag粒子，可以采用阴离子表面活性剂

6、SDS在中性条件下处理。然后，在氮气保护下利用超声波的分散、粉碎、活化、引发等多重作用，在实现超细无机粒子在反应介质中均匀分散的同时，引发苯乙烯单体在超细无机粒子表面进行分散聚合反应，制备出了SiO。／PS、TiO：／PS及Ag／PS复合粒子。最后，运用SEmi、TEM、XPS、XRD、FTIR、TGA、DSC等测试手段对复合粒子形貌、粒径大小及分布、结构等进行了表征，同时对影响复合粒子性能的因素进行了研究。3．对超声波作用下辅助引发苯乙烯的原位分散聚合反应制备无机活性Al粒子／eS复合粒子的规律及活性

7、分析进行了研究。首先，研究了表面活性剂种类及用量、反应体系组成对A1／PS复合粒子的影响规律。研究结果表明，通过物理和化学吸附作用在纳米A1粒子表面吸附PEG，对纳米Al粒子的稳定及吸附单体起一定的促进作用，在适当的引发条件下，可实现A1粒子表面的原位分散聚合反应。PEG的位阻效应影响了Al粒子对单体的吸附及初级粒子对稳定剂PVP吸附，导致Al存在下的st分散聚合反应表现出与SiO。、Ag粒子存在下不同的反应规律。然后，选择优化的工艺条件，制备出了不同铝粉含量的A1／PS复合粒子，均实现了对大部分Al粒

8、子的包覆，包覆率随Al用量的增加而减少。AI／PS复合粒子呈球形，表面光滑无明显缺陷，粒子与粒子之间分散性很好。最后，对纳米铝粉复合前后的活性变化进行了研究。不同纳米铝粉含量的A1／PS复合粒子的活性铝含n四川丈学工学博士学位论文量基本相同，未经贮存、自然条件下密闭贮存30d及氧气罐中贮存30d后，活性铝含量分别为76．07％，76．06％和74．81％，表明纳米铝粉被PS包覆后可长期保持活性。4．对超声波辅助引发MMA分散聚合反应及Si0