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纳米材料由于小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应而表现出不同于常规材料的光、电、热、磁、催化及力学性能,引起广泛重视。随着科技发展,人们对高分子材料的要求越来越高,一些功能性聚合物材料例如纳米复合材料、无机有机杂化材料等引起广大学者密切关注。通过聚合物膜对基底的化学修饰是一种通用有效的表面改性手段,通过对无机材料的表面接枝修饰可以显著地影响材料的表面性质,如粘附、润滑、润湿、摩擦及生物相容性。近几年来,原子转移自由基聚合(ATRP)在功能材料制备中的应用受到关注。
本论文首先对聚合物/无机纳米复合材料、纳米SiO2表面接枝改性和ATRP的研究发展进行了综述和介绍。在此基础上,本论文利用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、1,6-己二醇、辛二酸对纳米SiO2粒子表面进行化学修饰,合成出表面含-NCO、醇-OH、-COOH官能团的功能化的纳米SiO2粒子,系统研究反应温度、反应时间、投料比等因素对此类双官能团有机小分子与纳米SiO2粒子表面羟基反应的影响,选择了化学修饰反应的最佳条件。在此基础上合成了几种纳米SiO2大分子ATRP引发剂,在纳米SiO2粒子表面通过ATRP的方法引发苯乙烯(St)接枝聚合,合成了有机/无机类的PS/SiO2纳米复合材料。
具体研究内容有以下几个方面:
1.利用纳米SiO2粒子表面羟基与六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、1,6-己二醇、辛二酸的反应,合成出表面含-NCO、醇-OH、-COOH官能团的功能化修饰SiO2粒子。红外(FTIR)表征证实有机分子成功键合到纳米粒子表面。研究反应温度、反应时间、投料比等因素对此类双官能团有机小分子与SiO2粒子表面羟基反应的影响,筛选出表面化学修饰的较佳条件。
2.通过纳米SiO2表面引入的-NCO、醇-OH、-COOH官能团经过水化、溴化等步骤合成出含有活性Br端基的ATRP引发剂,FTIR表征验证了引发剂能成功键合到纳米SiO2表面。这种ATRP引发剂可以广泛应用于无机纳米材料的表面修饰与改性过程中。
3采用2,2-联吡啶/CuBr催化反应体系,在3种含有活性溴端基ATRP引发剂(SiO2-Brl、SiO2-Br2和SiO2-Br3)的纳米SiO2表面引发苯乙烯ATRP聚合反应,制备了聚合物/纳米SiO2复合材料;通过红外(FTIR)、透射电镜(TEM)、热重(TGA)等分析等方法来对复合材料进行了表征。