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苯乙烯马来酸酐交替共聚物复合微球的制备及性能研究

王世君  
【摘要】:通过苯乙烯马来酸酐交替共聚物(SMA)微球的合成研究,制备粒径大小可控,结构严格交替的SMA聚合物微球。以SMA微球为模板,通过原位反应控制无机二氧化硅纳米粒子的负载,可制备出具有毛丹果状表面结构的SMA/SiO2复合微球。此类毛丹果状微球结合了有机材料和无机材料的优势,同时特殊的毛丹果状表面结构又赋予其更多其他性能和用途,例如在防污、催化材料载体、小分子痕量检测等领域的应用。本课题主要研究了:自稳定沉淀聚合法制备稳定具有交替结构、粒径大小均一的SMA微球;原位模板法制备具有微、纳分级结构的苯乙烯马来酸酐交替共聚物/二氧化硅(SMA/SiO2)复合微球;苯乙烯马来酸酐交替共聚物/二氧化硅/银(SMA/SiO2/Ag)复合微球合成条件的优化以及形貌控制研究;最后对由其特殊的表面形态结构而影响其疏水性、微球负载效果、表面增强拉曼散射(SERS)等性能展开了相关研究。 本课题研究的主要内容如下: 1.合成苯乙烯马来酸酐交替共聚物(SMA)微球,并对其合成条件进行优化。以苯乙烯和马来酸酐为单体,采用沉淀聚合法合成具有大小相对可控、形貌良好的SMA微球。研究了合成SMA微球过程中,反应条件(单体浓度、溶剂、反应温度、搅拌条件等)对于所合成微球的组成结构和形貌的影响。通过碳-13核磁共振(13C NMR)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TGA)以及红外光谱(IR)等手段,对SMA微球的形貌、结构和热稳定性等进行了表征。结果表明以正丁酸乙酯为溶剂不加入搅拌有利于SMA微球更好的成球,随着反应物浓度增大,合成的SMA微球粒径不断增大。通过调控单体浓度产品粒径可以控制在380-640nm的范围内,本文将选取400nm SMA作为母球进行下一步工作 2.模版法原位反应制备SMA/SiO2复合微球及其性能研究。利用二乙醇胺(DEA)作为催化剂,催化正硅酸乙酯(TEOS)在SMA微球表面进行原位水解缩聚反应,制备出SMA/SiO2复合纳米粒子,并对SMA/SiO2的制备条件与微球形貌结构建的关联展开研究。通过复合微球表面形貌结构的变化,提出并验证了SMA链段的聚集状态调控是其微纳分级结构形成的关键因素。通过TEM、SEM、TGA、IR、接触角测量等手段,对SMA/SiO2复合结构微球的形貌、热稳定性及涂膜亲疏水等性能进行表征。结果表明,通过控制SMA模板与TEOS比例、水醇体积比例、二乙醇胺的用量,可以实现SMA/SiO2复合微球的形貌控制(毛刺装或光滑状);当SMA模板微球用量为50mg,醇水比为40/10(v/v), DEA用量为1.0g, TEOS用量为0.2g时制备的复合微球,可以呈现规整毛刺状壳层结构;同时对其构筑的涂膜进行疏水性测试时,水在表面的接触角可以为119.3°。 3. SMA/SiO2/Ag复合微球的制备及SERS和光催化性能研究。以表面呈毛丹果状的SMA/SiO2复合微球为模板,通过化学还原硝酸银进行原位负载纳米Ag,制备了SMA/SiO2/Ag复合微球,研究了SMA/SiO2/Ag的组成结构特点,并对影响纳米银负载的因素进行了探讨。通过TEM、SEM、TGA、XRD、UV-VIS和拉曼光谱等手段,对复合微球的形貌结构、化学组成及光谱性质进行表征。结果表明,负载时间、硝酸银浓度、还原剂用量和反应温度等条件,会对纳米银负载后的形貌和负载量有一定影响。在对罗丹明(R6G)的SERS测试中发现,毛丹果状结构SMA/SiO2模板制备的SMA/SiO2/Ag微球具有一定的增强效应。对亚甲基蓝(MB)的光催化降解表明,复合微球并未明显显现催化降解MB的性质。


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