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有机-无机复合材料对人类的经济与生活有着巨大的影响,例如有机-无机复合微球在涂料、化妆品、感光材料、生物医药等领域都占有重要的地位。最近的研究表明,在纳米尺寸上将聚合物与无机粒子的混合,会得到独特的性质;而这种性质并不能通过在宏观上将聚合物与无机相的简单共混得到。尤其,单分散有机-无机各向异性微球在材料科学与工程领域更是有着非常巨大的潜在用处,它们的光学各向异性开启了光子材料一个新的领域。在实际用作光转换与光过滤器材时,除了对各向异性微球的形貌均一性要求很高以外,制备出包含有不同材料的各向异性微球,如由功能性高分子与无机材料组成的具有很高反射指数的材料也很必要。
本论文以有机-无机各向异性微球为研究对象,合成了两种聚合物/SiO2各向异性微球。一种通过无皂乳液聚合制备的聚合物球为种子,获得易于成膜的聚合物/二氧化硅复合微球;另一种以二氧化硅微球为种子,通过分散聚合制得各向异性PS/SiO2复合微球。主要内容如下:
1.通过无皂乳液合成P(St-BA-AA)微球,然后通过溶胶-凝胶法原位生成纳米二氧化硅,由于纳米二氧化硅粒子表面的羟基与P(St-BA-AA)微球表面的羧基之间的氢键相互作用,从而使纳米二氧化硅粒子负载在P(St-BA-AA)微球表面,并形成树莓型结构。讨论了正硅酸四乙酯与氨水的用量对负载在P(St-BA-AA)微球表面的二氧化硅的量及粒径的影响。将P(St-BA-AA)/SiO2乳液成膜后,讨论了二氧化硅在聚合物杂化膜中的分布情况,并研究了二氧化硅的含量对杂化膜透明性、热性能、耐水性及机械性能的影响。
2.通过Stober方法合成单分散粒径为300nm的二氧化硅粒子,并通过硅烷偶联剂甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(MPS)对二氧化硅纳米粒子表面改性,使其表面带有碳碳双键,从而有利于聚合物在二氧化硅纳米粒子表面生长。以改性后的纳米二氧化硅粒子为种子,通过分散聚合,制备出各向异性PS/SiO2复合微球。在聚合过程中,苯乙烯首先会与二氧化硅表面的双键共聚,形成一层薄薄的壳层;吸附亲油性的单体后,因二氧化硅粒子的亲水性,两者存在表面张力,使聚苯乙烯会倾向于收缩并减小表面积,从而形成各向异性PS/SiO2复合微球。讨论了种子二氧化硅与单体的质量比、分散介质等对最终形成的PS/SiO2复合微球的形貌的影响。若向单体中加入交联剂DVB,由于单体溶胀的聚合物层的黏度增大,从而限制了聚合物的收缩程度,最终得到核壳型PS/SiO2复合微球。