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聚合物／TiO2纳米复合材料作为一种新型功能材料,综合了聚合物和纳米TiO2两者的优异性能,在医学、光电、涂料等领域有着极其广泛的应用。本文通过种子乳液聚合法制备了丙烯酸丁酯.苯乙烯.丙烯腈共聚物(BA-ST-AN,ASA),用溶液浇铸方法制备了ASA薄膜和ASA／TiO2复合薄膜。研究了配比,热处理温度、时间等对薄膜紫外线屏蔽性能(紫外吸收性能),耐酸碱性能的影响。主要工作如下:
1.利用丙烯酸丁酯,苯乙烯和丙烯腈为原料,通过种子乳液聚合制得了PBA为核、SAN为壳的ASA接枝共聚物,并在普通玻璃表面得到柔软透明状ASA膜。利用正钛酸四丁酯(TNBT),偶联剂γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅(KH-570)为原料经水解缩合生成KH-570-g-TiO2粒子。
利用FT-IR、TEM、UV、TGA、SEM、激光粒度分析等检测手段对ASA接枝共聚物及其薄膜、KH-570-g—TiO2粒子的微观结构、紫外吸收性能及热性能进行了研究。
ASA接枝共聚物乳液粒子具有明显的核壳结构,粒径均匀,约为79.77nm,PBA核的平均粒径为60nm左右,外层SAN壳的平均厚度为20nm。纯ASA薄膜的紫外最大吸收波长(λmax)为334 nm,质量残留率为2.3％,外推起始分解温度Tonset为355.6℃。
用KH-570改性TiO2粒子,KH-570水解后的硅羟基与纳米TiO2表面羟基缩合反应形成了Ti-O-Si键。改性前的TiO2粒子呈球形,直径约为60nm,因粒径小,表面自由能高而团聚在一起,改性后的TiO2粒子粒径较均匀,约为80nm左右,粒子分散均匀并未出现团聚。KH-570的改性提高了TiO2粒子的分散性和稳定性。
2.将ASA接枝共聚物与KH-570-g-TiO2粒子按照一定比例共混,在普通玻璃表面制得ASA／TiO2复合薄膜。用FT-IR、UV、TGA、SEM、酸碱性表征等检测手段对其进行了分析。
改性TiO2粒子分散在ASA中,两者进行了共混,但并未发生化学反应,有机无机相容性良好；KH-570对TiO2粒子表面的改性改善了有机无机相间的相容性；ASA／TiO2复合薄膜的紫外最大吸收波长(λmax)为326 nm左右,在波长小于400nm的紫外区吸收强度相比纯ASA薄膜更大；ASA／TiO2复合薄膜经过碱酸处理后透过率的增大幅度较ASA薄膜明显减小,具有较好的耐酸碱性。
3.研究了配比,热处理温度、时间等对ASA／TiO2复合薄膜的紫外屏蔽性能(紫外吸收性能)、耐酸碱性能的影响。结果表明,复合薄膜无论处在哪一个波长,200nm,260nm还是360nm,它的紫外屏蔽性能均随着TiO2的增加而提高(紫外吸收性能提高)；它的耐酸碱性能均随着TiO2增加而提高,到一定程度时又逐渐下降；随着热处理温度的升高,复合薄膜的紫外线屏蔽率起初下降,到一定程度又有所上升,而膜的耐酸碱性则是开始提高,一定程度后,转而降低。复合薄膜在200℃热处理时,随着时间的延长,它的紫外线屏蔽率开始下降,随即转为上升,而耐酸碱性则是一直降低。