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最近十几年,聚合物中引入纳米粒子合成的有机-无机纳米复合材料由于其在耐热、耐辐射、力学和电学方面的优良特性而倍受关注。到目前为止,有很多种制备纳米粒子的方法,其中本研究课题采用sol-gel法,由于这种方法可以在低温溶液中得到高纯度、均匀分散溶胶粒子。采用的复合方法是一下两种:(1)通过在溶胶体系中原位聚合单体的方法,得到纳米复合材料;(2)溶胶与聚合物在高剪切力下共混得到有机-无机复合材料。
以无水乙醇为溶剂,在酸性条件下对钛酸正丁酯、正硅酸乙酯进行水解得到均匀、稳定的纳米二氧化钛、纳米二氧化硅溶胶。采用小角激光粒度分布仪(PCS)测定其粒径及粒径分布,透射电子显微镜(TEM)表征其形态。讨论了溶胶体系放置不同时间后,溶胶粒子的形态、溶胶体系的粘度,确定其与聚合物进行复合反应的最佳时间。
以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA)为单体,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,乙酸乙酯与乙酸丁酯为溶剂合成了聚丙烯酸酯树脂,并采用原位聚合、共混两种方法制备了纳米粒子含量不同的纳米二氧化钛复合聚丙烯酸酯材料和纳米二氧化硅复合聚丙烯酸酯材料。为了研究溶胶粒子与聚丙烯酸酯之间的复合机理,合成聚合物时加入了不同量的AA,实验结果证明两者是通过溶胶粒子上的-OH和丙烯酸上-COOH之间的作用形成共价键结合在一起的。
采用原子力显微镜(AFM)、紫外-可见分光光度计(UV-VIS)、热失重仪(TGA)、动态表面能分析仪等对复合材料进行了表征和分析。研究发现,纳米粒子在复合材料中分散均匀,复合体系在较长的时间内可以稳定贮存;复合材料涂膜耐紫外光照射的性能、耐热性能、机械强度都明显提高;复合膜表面的憎水性变化不大。对不同方法合成的复合材料性能的比较,结果表明共混法合成的复合物的稳定性和性能优于原位聚合法合成的复合物,是因为原位聚合法过程中温度升高造成溶胶体系不稳定。