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纳米氧化物表面高分子修饰及其对聚丙烯酸酯复合涂层性能的影响

刘付胜聪  
【摘要】:纳米氧化物在介质中的分散是纳米颗粒合成和应用中的关键问题。在纳米颗粒胶体物系中加入高分子聚合物使之吸附在颗粒表面是防止纳米颗粒团聚生长的有效方法。它们通过改变静电力或空间位阻作用的大小实现纳米氧化物颗粒的分散稳定。本文通过改变高分子聚合物的种类和分散体系条件来研究评价纳米氧化物胶体物系的分散稳定规律及其机理。并将纳米氧化物分散在聚丙烯酸酯乳液之中,制备纳米氧化物/聚丙烯酸酯复合涂层,分析纳米氧化物对涂层热降解、光降解以及在水润滑条件下摩擦磨损的影响。 FTIR和吸附实验结果表明:非离子型聚合物PEG和PAM主要通过氢键在氧化物表面形成吸附;阴离子型聚合物PAA和PMAN可以通过氢键和化学键实现吸附,具体由哪种吸附引力占主导地位主要取决于pH值;阳离子型聚合物MPTMAC主要通过静电引力实现在纳米SiO_2表面的吸附;两性聚合物电解质PMAA-b-PDMAEMA在TiO_2表面的吸附是氢键、化学键和静电力等共同作用的结果。 本文较系统地研究了各种聚合物在纳米氧化物表面的吸附行为与聚合物浓度、聚合物相对相对分子量、分散体系pH值、离子强度和类型等因素之间的相互关系。不同类型聚合物的吸附量及吸附层厚度呈现出不同的变化规律,并从高分子链在氧化物表面吸附形态的角度对其进行解释。聚合物等温吸附曲线近似Langmuir吸附模型。聚合物平均相对相对分子量的增加使聚合物饱和吸附量增大。对于不同类型聚合物,pH值变化对吸附行为的影响不同。离子强度的变化对非离子型聚合物吸附量的影响较小,而聚合物电解质吸附对离子强度和类型较为敏感。聚电解质吸附量随离子强度的变化呈现出极大值。高价离子对聚电解质高分子链起到桥连的作用,促进其吸附量的增加。不同碱金属离子由于与氧化物表面亲和力不同而影响聚合物的吸附行为。 纳米氧化物吸附聚合物后,颗粒表面电荷密度、ζ电位和双电层结构将发生变化。吸附非离子型聚合物后纳米氧化物的等电点几乎不变,而吸附阴离子型或阳离子型聚电解质后,氧化物等电点分别向低或高pH值方向移动,移动距离与聚合物浓度和平均相对相对分子量相关。两性聚电解质吸附对纳米氧化物ζ电位的影响以聚合物的pH_(iep)为分界点呈现出不同的变化规律。 本文研究了不同类型的高分子聚合物对水介质中纳米氧化物的分散稳定作用。PEG和PAM主要通过空间位阻作用实现对纳米氧化物的分散稳定。在10~4数量级范围内,平均相对相对分子量越大越有利于分散稳定,聚合物初始浓度在


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