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ATRP法在纳米SiO_2表面接枝聚合物及其应用研究

范保林  
【摘要】: 纳米二氧化硅(SiO2)粒子具有显著的小尺寸效应和表面效应,在塑料、橡胶、涂料、催化剂及生物医学等领域有着广泛的应用。聚合物/纳米SiO2复合材料集无机纳米粒子和聚合物的优点于一身,显示出良好的应用前景。原子转移自由基聚合(ATRP)适用单体广泛,能够控制产物的分子量及其分布,为无机纳米粒子表面接枝改性提供了一种强有力的工具。基于此,本文就ATRP法在纳米SiO2粒子表面接枝聚合物及其应用进行了研究,研究结果如下: 1.利用Stober溶胶-凝胶法,合成了粒径在40nm左右,单分散的纳米SiO2粒子,用硅烷偶联剂KH-550对其表面进行改性,然后通过酰胺化反应,合成了表面含有ATRP引发剂的纳米SiO2粒子(SiO2-Br)。红外光谱(FTIR)和热失重(TGA)测试结果表明,2-溴代异丁酰溴分子成功键接到硅球表面,每克SiO2-Br含有370μmol引发剂。 2.采用ATRP法在纳米SiO2粒子表面接枝聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA),所得的SiO2-g-PGMA纳米杂化粒子与过量乙二胺反应,使聚合物链上引入大量胺基,胺基与硝酸银形成银胺络合物,再利用硼氢化钠还原该银胺络合物,得到Ag/SiO2-g-PGMA纳米复合粒子。通过X-光电子能谱(XPS),X-射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)等测试表明,银粒子均为单质银,粒径仅有几个纳米,且分散均匀。 3.采用ATRP法合成了SiO2-g-PMMA-b-PGMA杂化粒子,用丙烯酸甲酯(MA)与负载到该杂化粒子上的三乙烯四胺(TETA)进行Michael加成反应,合成了负载型ATRP配体。将其用于甲基丙烯酸甲酯(MMA)的ATRP,结果显示,动力学曲线表现为ln([M0]/[Mt])与时间线性相关,分子量随转化率线性增长。可以通过离心轻易将催化体系从聚合物中分离出来,而且回收的催化体系可再次用于MMA的ATRP,且聚合反应仍具有可控/活性的特性。克服了传统原子转移自由基聚合(ATRP)中聚合后去除含过渡金属催化体系的困难。 4.采用ATRP法在纳米SiO2粒子表面接枝聚苯乙烯(PS),并以此对高密度聚乙烯(HDPE)进行改性。红外光谱(FTIR)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)及力学性能等测试结果表明,所制备的SiO2-g-PS纳米杂化粒子在HDPE中分散比较均匀,使HDPE/SiO2-g-PS复合材料的缺口冲击强度及拉伸强度均明显高于纯HDPE及HDPE/SiO2复合材料。加入相容剂苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)后,SiO2-g-PS纳米杂化粒子在HDPE中分散更加均匀,HDPE HDPE/SEBS/SiO2-g-PS复合材料的力学性能进一步提高。当SiO2-g-PS纳米杂化粒子的质量分数为5%时,HDPE/SEBS/SiO2-g-PS复合材料的缺口冲击强度是纯HDPE的2.58倍,同时拉伸强度也有一定的提高,达到26.31MPa。


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