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基于微凝胶模板法制备核—壳型有机—有机复合微球研究

孙莉峰  
【摘要】: 核-壳型材料是一类由中心粒子为核,不同组分为壳层而组成的复合型材料,由于其在组成、结构、表面性质等方面具有可调控性和可剪裁性等特点,这类材料的制备和应用研究已成为众多学科领域的科学家们关注的热点课题。模板法由于具有方法简单、重复率高、预见性好、产品形态均一、性能稳定等诸多特点而被广泛用于制备核-壳结构材料。根据化学组成的不同,模板可分为有机模板和无机模板。其中,有机模板因其结构的多样性和尺寸的可控性等特点,已成为制备核-壳型材料的有效方法之一。与其它有机模板材料相比,高分子微凝胶由于(1)制备方法简单、容易引入反应性基团,尺寸大小可控;(2)对外界刺激如温度、pH值、离子强度、光、电、磁等有明显的体积变化等特点,已成为制备多种类型具有特异形貌和特殊性能的微纳米材料复合材料的理想模板。 在实验室已有研究工作的基础上,本论文开展了基于高分子微凝胶模板制备具有特异表面结构的有机-有机复合微球材料的研究工作。以丙烯酰胺为反应单体,利用反相悬浮聚合法制备得到了聚丙烯酰胺高分子微凝胶,通过控制不同的反应条件,实施甲醛和尿素的缩聚反应,得到了两种具有不同表面形貌的聚丙烯酰胺/脲醛树脂有机-有机复合微球材料,主要研究内容包括以下两个方面: (1)利用反相悬浮聚合法制备出聚丙烯酰胺微凝胶,以其为反应模板,在反相悬浮体系中实施甲醛和尿素的缩聚反应,即将脲醛树脂的形成反应控制在油、水相界面上进行,从而得到脲醛树脂和聚丙烯酰胺两种组分均匀复合的微球材料。实验结果表明,甲醛和尿素溶液的pH值、甲醛和尿素溶液的浓度、甲醛和尿素的摩尔比以及模板微凝胶的化学组成等因素对复合微球的表面结构产生重要的影响。 (2)以聚丙烯酰胺高分子微凝胶为模板,在微凝胶/气相界面原位实施甲醛和尿素的缩合反应,在一定温度条件时得到具有典型核-壳结构的有机-有机复合微球材料。通过改变甲醛和尿素溶液的pH值、甲醛和尿素溶液的浓度、甲醛和尿素的摩尔比、模板化学组成等条件可以得到具有草莓状表面结构特征的脲醛树脂/聚丙烯酰胺复合微球材料。该合成技术方法简单,且适于大量制备。 利用扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)、红外(FT-IR)等手段对样品的形态、结构和组成进行了表征。


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