聚合物/TiO_2的杂化薄膜和多层杂化微球的制备和性能

【摘要】： 聚合物/TiO_2杂化材料作为一种分散均匀的多相材料,兼备有聚合物和TiO_2的性能优势,广泛应用在光学、电学、磁学等领域。本文制备一系列聚合物/TiO_2杂化材料,研究其杂化聚合原理、结构和性能。 主要研究工作如下: 1、以正钛酸四丁酯(TBNT)、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)为原料经水解缩合生成KH570-g-TiO_2,再以KH570-g-TiO_2为种子,丙烯酸丁酯为壳单体,经乳液聚合制备了PBA/TiO_2杂化乳液,杂化乳液在普通玻璃表面制得PBA/TiO_2杂化薄膜。用FT-IR、TGA、DSC、UV、TEM等检测手段对其进行了表征。结果表明KH-570水解后的羟基与纳米TiO_2表面羟基发生了缩合,PBA在粒子表面实现了接枝聚合;杂化薄膜热分解温度为99.7℃,玻璃化温度为5℃,有机/无机相间具有较好的相容性; PBA接枝包覆纳米TiO_2呈均匀的微球形,粒子总体尺寸为100nm;与纯PBA薄膜相比,杂化薄膜在紫外区有明显吸收,且吸收谱带红移;PBA乳液和PBA/TiO_2杂化乳液的性能测试表明,杂化后乳液的凝胶率、粘度、吸水率均提高,且乳液的稳定性较好。 2、以KH570-g-TiO_2为种子,苯乙烯为壳单体,经乳液聚合制备了核壳型PSt/TiO_2杂化微球(PTHM)。用FT-IR、TGA、DSC、TEM等手段研究了其结构、热性能、尺寸和形成机理,并采用SEM研究了其增强PP的机理及其在PP基料中的分散形态。结果表明PSt在KH570-g-TiO_2粒子表面实现了接枝聚合,微球热分解温度为242℃,玻璃化温度为179℃;杂化乳液粒径分布均匀,TiO_2核层平均粒径为60nm,壳PSt的平均厚度为30nm;SEM及力学性能数据显示,PSt/TiO_2杂化微球(PTHM)均匀分散在PP基料中,且对PP具有良好的增强效果,当Wt%(PTHM)=0.04时,与纯PP的力学性能相比,PP/PTHM复合材料的拉伸强度提高了20.2%,弯曲强度增加了20.8%,断裂伸长率降低了7.4%,冲击强度基本不变。 3、将KH570-g-TiO_2溶胶分散在乙酸乙酯中,用苯乙烯进行聚合包覆,然后与乙烯基吡咯烷酮共聚后得到PVP/PSt/TiO_2多层核壳杂化微球。用FT-IR、TGA、DSC、TEM、UV等手段研究了其结构、热性能、紫外性能和形成机理。结果表明多层杂化微球分解温度比PSt/TiO_2高12℃,耐热性比PSt/TiO_2优良;多层杂化微球的中位径为3.62μm,包覆在TiO_2核表面的PSt、PVP壳层的平均厚度分别为60 nm、120nm左右;杂化微球紫外吸光度较未改性前降低,吸收谱带红移;分散性能的研究表明,在去离子水中的分散效果较改性前溶胶中的TiO_2粒子有明显的改进,为多层核壳杂化微球的制备提供了实验和理论依据。 4、将KH570-g-TiO_2溶胶粒子、乙烯基吡咯烷酮单体共聚后制备了PVP/TiO_2核壳杂化微球。用FT-IR、TGA、TEM等手段研究了其结构、热性能、尺寸、形成机理和在去离子水中的分散性能。结果表明微球具有良好的耐热性能;杂化微球粒径分布均匀,TiO_2核层平均粒径为60nm,壳PVP的平均厚度为20nm;分散性能的研究表明,在去离子水中的分散效果较改性前溶胶中的TiO_2粒子有明显的改进。