Pickering乳液聚合制备磁纳米乳液

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本论文通过分析Fe3O4纳米粒子在水相中的稳定性和Zeta电位的变化,深入探讨了其在水相中的稳定机理。通过对Fe3O4纳米粒子的表面改性得到了无明显聚沉现象的水基磁性流体。再分别以Fe3O4以及改性后的Fe3O4纳米粒子为稳定剂进行了 Pickering乳液聚合实验,并详细探究了 Pickering乳液聚合的动力学过程,最后成功制备出了稳定的Pickering磁性复合乳液。论文的内容主要由以下3个部分组成:1、采用了化学共沉淀的方法在水相中合成了 Fe3O4纳米粒子。通过对纳米粒子进行不同pH的调节、不同搅拌速率和不同超声时间的处理,研究了磁性纳米粒子在水相中的聚沉率和稳定性随时间变化的规律,发现pH对磁性纳米粒子的聚沉率和稳定性的影响最大,当pH为4时,磁性纳米粒子在水相中有较好的稳定性。搅拌作用和超声只能轻微地延长纳米粒子发生聚沉的时间而对纳米粒子的最终稳定性的影响较小。再通过对比不同pH条件、不同搅拌速率以及不同超声时间下纳米粒子的Zeta电位值与稳定性值,发现Zeta电位值的大小能直接反映出了磁性纳米粒子在水相中的稳定状态。磁性Fe3O4纳米粒子的聚集动力学过程可以用测得的粒径Dh描述,其纳米粒子粒径随着时间的延长而增加的趋势反映出了粒子在水相中的聚集行为。2、分别使用了甘氨酸、L-谷氨酸、柠檬酸、柠檬酸三钠,四种含羧酸基团或羧酸盐的小分子作为了 Fe3O4纳米粒子的改性剂。以Zeta电位、粒子的粒径为因变量,不同的pH、不同的搅拌速率、不同的超声时间、不同的离子强度为自变量讨论了改性后的Fe3O4纳米粒子在水相中的稳定状态、等电点的变化以及聚集动力学的变化。结果表明:当pH条件偏酸性时,甘氨酸和L-谷氨酸改性的Fe3O4纳米粒子稳定性较好。搅拌作用和超声对纳米粒子的聚集速率影响不大。柠檬酸和柠檬酸三钠改性后的Fe3O4纳米粒子则是在偏碱性的条件下(pH大于6)有较好的稳定性和和较小的平均粒径。3、分别以Fe3O4、以及改性后的Fe3O4磁性纳米粒子作为Pickering乳液聚合过程中的稳定剂进行实验,结果发现柠檬酸改性的Fe3O4的磁性纳米粒子能够在Pickering乳液聚合体系中发挥稳定剂的作用。详细讨论了该磁性纳米粒子悬浮液的pH、磁性纳米粒子的含量、亲水性单体和疏水性单体对聚合结果以及聚合动力学的影响。利用盖伊-查普曼-斯特恩双电层理论解释了胶乳粒子表面的Zeta电位正负变化,通过扫描电子显微镜(SEM)证实了磁性纳米粒子粘附在了聚合物颗粒表面上,并通过热重分析(TGA)评价了磁性纳米粒子对聚合物粒子的黏附效率(IE)。使用了约翰·费尼的方程描述了硫酸铵的离子强度对乳胶颗粒数密度的影响,最后通过分析聚合动力学曲线的实验数据提出了磁性纳米粒子作为稳定剂的Pickering乳液聚合机理。
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