核壳型聚合物刷的制备及性能研究

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近些年来,由聚合物和纳米粒子组成的有机-无机纳米复合材料提供了巨大的潜在材料性能设计空间,这种纳米复合材料取决于这两种成分的性能及其空间排列。本论文采用表面原子转移自由基(ATRP)合成方法,将具有响应性功能的单体聚合接枝在二氧化硅纳米颗粒表面,制备了纳米二氧化硅/功能高分子响应型核壳型聚合物刷,并研究了球形纳米聚合物刷特性。实验采用St?ber法合成了直径约为50 nm的二氧化硅颗粒,经过3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)氨基化改性,2-溴异丁酰溴(BiBB)引发剂功能化改性合成了球形颗粒引发剂SiO2-Br,再通过表面原子转移自由基(ATRP)合成方法将功能性单体寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(OEGMA)和丙烯酸叔丁酯(tBA)聚合接枝在纳米二氧化硅颗粒表面,制备了纳米Si02颗粒为核,高分子聚合物POEGMA、PtBA、P(OEGMA-stat-tBA)为壳的核壳型纳米聚合物刷SiO2-g-POEGMA,SiO2-g-PtBA,Si02-g-P(OEGMA30-stat-tBA70),Si02-g-P(OEGMAso-stat-tBA50),SiO2-g-P(OEGMA70-stat-tBA30)。聚合物刷 Si02-g-PtBA,SiO2-g-P(OEGMA30-stat-tBA70),SiO2-g-P(OEGMA50-stat-tBA50),SiO2-g-P(OEGMA70-stat-tBA30)经过在酸性条件下水解反应得到聚合物链暴露羧基的SiO2-g-PAA,SiO2-g-P(OEGMA30-stat-AA70),SiO2-g-P(OEGMAso-stat-AAso),SiO2-g-P(OEGMA70-stat-AA30)聚合物刷。通过红外光谱,热重分析,核磁共振氢谱,凝胶渗透色谱,高分辨透射电镜,激光粒度仪,表面电位等手段检测与表征。结果表明成功制备了二氧化硅颗粒和经过改性制备的球形颗粒引发剂SiO2-Br、以及核壳型纳米聚合物刷Si02-g-POEGMA,Si02-g-PAA,Si02-g-P(OEGMA-stat-AA)。通过动态光散射仪测试了聚合物刷Si02-g-POEGMA粒径随温度的变化,以及不同pH条件下Si02-g-PAA的粒径变化,测试结果表明纳米聚合物刷SiO2-g-POEGMA临界转变温度为63℃,当温度高于其临界转变温度63℃时聚合物刷Si02-g-POEGMA水力学直径从130 nm减少到115 nm。对于pH响应性纳米聚合物刷Si02-g-PAA,随着pH增大,聚合物刷Si02-g-PAA粒径增大(pH=8,粒径为73 nm;pH=12,粒径为109 nm)。同时研究了由单体寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(OEGMA)、丙烯酸叔丁酯(tBA)单体在不同投料比条件下形成的纳米聚合物物刷SiO2-g-P(OEGMA30-stat-AA70),SiO2-g-P(OEGMA50-stat-AA50),SiO2-g-P(OEGMA70-stat-AA30)的温度响应性和pH响应性。结果表明Si02-g-P(OEGMA-stat-AA)具有pH响应性,聚合物的粒径随着pH升高而增大。另外,Si02-g-P(OEGMA-stat-AA)的低临界转变温度随着OEGMA含量的增加而升高,SiO2-g-P(OEGMA30-stat-AA70),SiO2-g-P(OEGMAso-stat-AAso),SiO2-g-P(OEGMA70-stat-AA30)的低临界转变温度分别为57℃,66℃,71℃。实验以纳米聚合物刷Si02-g-POEGMA作为稳定剂,油水比为2:1条件下制备了 Pickering乳液,得到的乳液在放置15天未发生相分离,破乳等现象,说明实验制备的Pickering乳液具有良好的稳定性。
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