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细乳液法制备有机—无机纳米复合粒子及其成膜性能研究

作　者: 张胜文
导　师: 翁渝民
学　校: 复旦大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 细乳液聚合 二氧化硅 有机-无机复合乳胶粒子 自交联乳液 甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷
分类号: TB383.1
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


有机-无机纳米复合粒子已成为近年来聚合物乳液领域研究热点，其制备方法也多种多样。本文利用细乳液聚合法制备了SiO2／聚苯乙烯纳米复合粒子、表面硅羟基化的聚苯乙烯乳胶和苯丙乳胶三种有机-无机纳米复合粒子，并对后者的乳胶粒子进行了初步成膜性能研究，具体研究结果如下：以甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MPS）改性的纳米二氧化硅粒子为无机粒子，采用苯乙烯的细乳液聚合成功制备了聚苯乙烯包覆SiO2的有机-无机复合乳胶粒子。研究表明复合乳胶粒子的形态主要取决于纳米二氧化硅的粒径和乳化剂的浓度，而与二氧化硅的表面化学特性无关。对于45nm二氧化硅，改变乳化剂浓度可以得到多核、不规则壳核以及壳核结构的二氧化硅／聚苯乙烯复合乳胶粒子：对于90nm二氧化硅，乳化剂浓度的变化对二氧化硅／聚苯乙烯复合乳胶粒子的核壳形态结构没有影响，但是可以改变聚苯乙烯壳层的厚度；对于200nm二氧化硅，可以得到“草莓”型二氧化硅／聚苯乙烯复合乳胶粒子。通过MPS与苯乙烯单体的细乳液共聚合成功制备了硅羟基表面官能化的聚苯乙烯乳胶粒子。FTIR和固体硅核磁谱(29Si NMR)分析表明在上述条件下MPS的水解缩聚反应被成功抑制，绝大多数MPS是以共聚方式引入到聚苯乙烯乳胶粒子。动态光散射（DLS）和TEM分析表明MPS用量对细乳液单体液滴和乳胶粒子的粒径影响不大，而乳化剂的用量对细乳液单体液滴和乳胶粒子的粒径影响比较大。ζ电位和X射线光电子能谱（XPS）分析证明在聚苯乙烯乳胶粒子表面存在硅羟基，并且随着MPS用量的增加，乳胶粒子表面的硅羟基数目明显增加。进一步通过MPS与苯乙烯、丙烯酸丁酯的细乳液共聚合成功制备了硅羟基官能化苯丙乳胶粒子。详细讨论了体系的pH值、引发剂体系、以及MPS的用量对细乳液乳胶粒子、乳胶膜的凝胶含量和溶胀比以及乳胶膜动态力学性能的影响。溶胀实验表明乳胶粒子和乳胶膜的凝胶含量和溶胀比主要受体系的pH值和引发剂体系影响，而MPS的用量对乳胶粒子的凝胶含量没有影响，但是影响乳胶膜的凝胶含量。动态力学分析表明，增加MPS的用量以及对乳胶膜进行热处理可以提高乳胶膜的储能模量。

全文目录


目录  3-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
第一章 绪论  9-23
  1.1 引言  9
  1.2 有机-无机纳米复合乳液研究进展  9-18
    1.2.1 有机-无机纳米复合乳液制备方法综述  10-15
    1.2.2 纳米SiO_2-聚合物复合乳液研究现状及应用  15-18
  1.3 交联乳液研究状况  18-21
    1.3.1 有机硅氧烷改性聚合物自交联乳液  19-21
  1.4 本课题研究背景及研究目的  21-23
第二章 纳米二氧化硅的制备、改性及分散性研究  23-32
  2.1 前言  23-24
  2.2 实验部分  24-26
    2.2.1 原材料  24
    2.2.2 纳米二氧化硅的合成  24-25
    2.2.3 纳米二氧化硅的改性及在油相单体中的分散性研究  25
    2.2.4 纳米二氧化硅的表征  25-26
  2.3 结果与讨论  26-30
    2.3.1 不同粒径纳米二氧化硅的合成与表征  26-27
    2.3.2 纳米二氧化硅的改性及分散性研究  27-28
    2.3.3 改性纳米二氧化硅的工艺及表征  28-30
  2.4 本章小结  30-32
第三章 细乳液法制备二氧化硅/聚苯乙烯复合粒子  32-45
  3.1 前言  32-34
  3.3 实验部分  34-36
    3.3.1 原料  34
    3.3.2 细乳液法制备纳米SiO_2/苯乙烯复合乳液  34-35
    3.3.3 纳米SiO_2/苯乙烯复合乳液的表征  35-36
  3.4 结果与讨论  36-44
    3.4.1 纳米二氧化硅粒径和乳化剂的浓度对单体液滴大小的影响  36-37
    3.4.2 纳米二氧化硅粒径对复合乳胶粒子粒径和形貌的影响  37-40
    3.4.3 纳米二氧化硅表面化学对复合乳胶粒子粒径和形貌的影响  40-41
    3.4.4 乳化剂浓度对复合乳胶粒子粒径和形貌的影响  41-44
  3.5 本章小结  44-45
第四章 细乳液法制备表面硅羟基官能化聚苯乙烯乳胶粒子  45-66
  4.1 前言  45
  4.2 实验部分  45-48
    4.2.1 原料  45-46
    4.2.2 细乳液法制备表面硅羟基官能化的聚苯乙烯乳胶粒子  46-47
    4.2.3 硅羟基官能化的聚苯乙烯乳胶粒子表面包覆二氧化硅  47
    4.2.4 表面硅羟基官能化的聚苯乙烯乳胶粒子的表征  47-48
  4.3 结果和讨论  48-64
    4.3.1 引发剂体系和乳液的pH值对乳液稳定性的影响  48-51
    4.3.2 乳化剂对硅羟基官能化聚苯乙烯乳液合成的影响  51-52
    4.3.3 MPS对硅羟基官能化聚苯乙烯乳液的影响  52-58
    4.3.4 硅羟基官能化聚苯乙烯乳胶粒子的表面化学性质  58-64
  4.4 本章小结  64-66
第五章 细乳液法制备硅羟基官能化自交联苯丙乳液及其成膜性能研究  66-82
  5.1 前言  66-68
  5.3 实验部分  68-71
    5.3.1 原料  68
    5.3.2 细乳液法制备硅经基官能化苯丙乳液:  68-70
    5.3.3 细乳液法制备硅经基官能化丙烯酸酯乳液的表征  70
    5.3.4 乳胶膜的制备及表征:  70-71
  5.4 实验结果与讨论  71-80
    5.4.1 引发剂体系和pH值的影响  72-74
    5.4.2 体系pH值的影响  74-77
    5.4.3 MPS用量的影响  77-79
    5.4.4 热处理温度对乳胶膜力学性能的影响  79-80
  5.5 本章小结  80-82
第六章 结论  82-83
本论文创新点  83-84
参考文献  84-95
博士期间发表论文  95-96
个人简历  96
博士期间发表论文  96-97
致谢  97-98

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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