功能化纳米二氧化硅溶胶与聚合物的组装研究

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1、南京工业大学硕士学位论文功能化纳米二氧化硅溶胶与聚合物的组装研究姓名：丰沧申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：陈苏20050101南京工业大学学位论文独创性声明及使用授权的声明一、学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：圭i§一日期：趔：董：生二、关于学位

2、论文使用授权的声明南京工业大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社及清华同方光盘股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权南京工业大学研究生部办理。研究生签名：立：乞导师签名日期：力哆彳-b硕士学位论文摘要有机／无机纳米杂化物的组装以及相关的纳米技术在制备新型纳米复合材料中显得尤为重要，越来越受到研究者的关注。由于这些纳米无机物与聚合物基体之

3、间的协同作用，使得这些聚合物基无机纳米杂化材料具有许多新奇的特性，比如优越的力学性能、光学性能、电磁性能、生物特性以及催化特性。最近聚合技术不断发展，可以通过对单个原子或分子的可控操作制备分散极好的特种纳米材料，主要有“接枝到表面”和“从表面接枝”两种方法。“接枝到表面”是指具有功能端的聚合物同有反应性的无机纳米材料表面发生反应以共价键合方式使聚合物分子结合到基体表面：“从表面接枝”是指先将引发剂结合到无机纳米材料表面，再使其引发单体发生原位聚合反应来实现聚合物与基体的连接。溶胶．凝胶法可在温和条件下进行，可使两相分散均匀。通过控制前驱物的水解．缩合，可调节溶胶

4、一凝胶化过程，从而控制材料的表面与界面性能。本研究将组装技术和溶胶一凝胶法相结合，探索合成聚合物基无机纳米复合材料的一个新途径。本文对此做了大量的研究工作，成功地采用“接枝到表面”的方法合成了聚氨酯基纳米Ti02／Si02杂化材料；还首次采用前端聚合的方法合成了聚氨酯基纳米Si02溶胶杂化材料；并且通过制备功能化纳米Si02溶胶，实现Si02溶胶分别与聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯的组装和和纳米结构的构筑。本研究主要采用溶胶．凝胶法制备纳米Ti02／Si02复合溶胶，使用有机硅处理剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)对纳米Ti02／Si02粒子进行改性处理，得到表面

5、官能团化的纳米Ti02／Si02，然后采用组装技术制备聚氨酯基纳米Ti02／Si02杂化材料(PU／Ti02一Si02)。通过x射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、透射电镜(TEM)、差式量热扫描仪(DSc)以及热重分析仪(TGA)对Ti02／Si02粒子和杂化材料PU／Ti02一Si02的结构及性能进行分折、表，征和研究。结果表明，当Ti／Si=1(tool／t001)时，Ti02与Si02进行组装的最完全，形成了新的化学键Ti—O—si；APTS与纳米Ti02／Si02发生化学反应使纳米Ti02／Si02表面官能团化，并与聚氨酯基活性链段进行

6、化学反应，从而实现聚氨酯与纳米Ti02／Si02的有序组装，形成聚氨酯基体为壳、纳米Ti02／Si02为核的核壳式结构：改性Ti02／Si02以纳米级摘要均匀地分散在聚氨酯基体中：PU／Ti02-Si02杂化材料的玻璃化转变温度较纯聚氨酯略有提高。本研究还首次采用前端聚合的方法合成了聚氨酯基纳米Si02溶胶杂化物，对PU／Si02溶胶复合材料的前端聚合反应因素进行详细的分析，同时利用FT_服和TGA对由前端聚合和釜式聚合合成的PU／纳米Si02溶胶杂化物进行表征。结果表明，由前端聚合合成PU／Si02sol杂化物的红外特征峰与用釜式聚合得到的杂化物的红外特征峰相

7、近，从而更进一步证明了前端聚合反应同样可以合成出PU／Si02sol杂化物：前端聚合合成PU／Si02纳米溶胶杂化物的热稳定性和釜式聚合法合成的杂化物相近；在前端聚合反应过程中，尽管没有进行搅拌，Si02在Pu杂化材料中分布均匀没有发生团聚现象，平均粒径在40nm左右。另外，本研究通过制备功能化纳米Si02溶胶，实现Si02溶胶分别与聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯的组装。通过FT-IR、TGA、TEM以及表面水接触角的测量对二氧化硅复合溶胶以及与PMMA组装的过程进行了验证，表明在Si02／处理剂复合溶胶中存在可继续参加组装反应的活性官能团双键，与MMA单体进行了原

8、位组装反应：热稳定性最好