无机纳米粒子的表面接枝聚合及其分散性的研究

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1、无机纳米粒子的表面接枝聚合及其分散性的研究摘要近年来，由于聚合物一无机纳米复合材料兼具聚合物本身特性以及纳米相复合粒子所具有的独特性能，是材料领域研究的热点之一。其关键是控制纳米粒子加工过程形成的团聚。目前控制纳米粒子团聚的方法主要有添加表面活性剂，原位聚合及表面接枝等方法。其中表面接枝方法改性后的纳米粒子在聚合物基体及良溶剂中的分散性好，因此受到广泛的关注。本文利用纳米Si02、Ti02、Si／A1-Ti02及A1-Ti02粒子表面的羟基基团与Y一缩水甘油醚氧丙基三甲基硅烷(GPS)发生脱醇反应形成缩水甘油基，再与4，4’一偶氮二(4一氰

2、基戊酸(ACVA)发生酯化反应，从而将偶氮基团引入到纳米粒子表面形成新型引发剂。受热将其分解生成自由基，引发甲基丙烯酸甲酯在纳米粒子表面进行自由基聚合反应，从而实现其表面接枝。首先分别对脱醇反应，酯化反应及聚合反应生成的产物进行结构分析。通过红外光谱，粒度分析等测试表明在纳米粒子表面发生了接枝反应并证实了接枝聚合后的产物。对反应结果进一步分析表明纳米粒子的比表面积、表面羟基含量以及粒径大小直接影响接枝反应的动力学及接枝率，同时影响GPS是接枝在原生纳米粒子表面或者团聚体表面。Ti02一g—PMMA的热分析还表明3，O％的Ti02含量时接枝聚

3、合物中分子链段的热运动受到了纳米Ti02粒子的限制，导致PMMA．g—Ti02的玻璃化转变基本消失，且PMMA—g-Ti02的起始分解温度较PMMA有所提高，热稳定性得到改善。分析接枝聚合反应对分散性的影响。SEM的结果表明反应时间、搅拌速率和引发剂浓度是影响纳米粒子在聚合物基体中分散的三个重要因素。当反应时间控制在50min～60min左右，搅拌速率应为1．0×104r／rain，引发剂含量为单体含量的3．O％时，无机纳米粒子在聚合物基体中分散性最佳。将接枝聚合物加入到丙酮溶剂中，研究表明PMMA．g-TiO：在丙酮溶液中的分散性得到大幅

4、度改善，并且其在丙酮中的稳定性优于未处理的Ti02粒子。将不同处理后纳米粒子与PMMA基体制成共混样品，通过SEM分别观察PMMA—g-Si02、PMMA-g．Ti02、PMMA—g．Si／A1．Ti02及PMMA．g—AI-Ti02样品，表明在PMMA基体中以上接枝后的样品具有良好的分散性。PMMA-g—Si02、PMMA—g—Ti02、PMMA．g．Si／A1-Ti02及PMMA—g-AI—Ti02与PMMA基体共混配比控制在1：100左右分散性最佳。另外发现PMMA．g—TiO：的“软团聚”对其共混制备复合样品中的分散性影响不大。从应

5、用角度考虑，GPS．g．纳米粒子制备工艺简单，在聚合物基体中可达到较好分散，可以满足通常的纳米复合材料的加工，比PMMA—g．纳米粒子更适于工业化生产。关键词无机纳米粒子，聚甲基丙烯酸甲酯，表面接枝，表面引发聚合，自由基聚合SURFACEGRAFTINGPOLYMERIZATION0NTHEINoGANICNANOIPARTICLES＆STUDYoFTHEDISPERSIBILITYAbstractInrecentyears，nanopartic]es／polymercompositesattractstronginterestinthew

6、holeworldduetotheincorporationofnanoparticlescombinesthepropertiesoftheinorganicnanoparticleswiththoseofthepolymer．Controllingahomogeneousdispersionoftheparticlesinthepolymermatrixisimportant．Themethodsofcontrollingagglomerationaresurfacereactivegroupjoined，site—polymeriza

7、tionandsurfacegraftingetc．AndsurfacegraftingwasinterestedbecausethedispersibilityofnanoparticlesinpolymermatrixandgoodorganicsolventswasremarkablyimprovedbygraftingofpolymersontothesurfaceInthecontextofthiswork，theintroductionofazogroupsontothenanoparticlesincludingSi02，Ti

8、02，Si／A1一Ti02andA1一Ti02wasachievedbytheestefificationofglycidylgroups，whichwereintroduced