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纳米SiO2具有特殊的光学性能、光催化和流变性能,广泛的应用于高分子复合材料、塑料、涂料、化妆品等领域,是一种极其重要的无机材料。鉴于纳米SiO2易于工业化生产,具有较好的耐热性、耐压性等特性,更适合应用于铁路、高速公路、桥梁等建筑领域。然而,纳米SiO2比表面积大、表面能极高,易于发生微粒之间的团聚,难以与基料很好结合,导致材料性能下降,影响纳米SiO2微粒所具有的功能得到应有的发挥。因此,本文通过纳米SiO2表面改性合成复合材料,提高纳米SiO2的分散性,减少团聚,有效的解决上述难题。主要内容包括:
(1)通过3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)改性纳米SiO2微粒,由丙二酸对其进行开环反应,之后合成含有季铵盐端基的两亲性复合材料。通过傅立叶红外(FTIR)、热失重分析(TGA)、X-射线光电子能谱(XPS)等检测手段,对所合成复合材料的结构进行表征,结果表明已经成功地合成出两亲性纳米SiO2复合材料,TGA检测结果表明,纳米SiO2表面接枝的有机成分11％。
(2)通过两种方法合成适用于ATRP反应的大分子引发剂,并采用表面引发原子转移自由基聚合反应(SI-ATRP)制备了具有纳米SiO2内核及聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(PDMAEMA)刷子状外壁的季铵盐端基纳米复合材料。用FTIR,1H NMR,XPS,TGA和SEM等检测手段对产物的化学结构、形态等进行测定。TGA结果说明可以通过一步法简单有效的合成大分子引发剂。本文中SI-ATRP是以PMDETA/CuBr为催化剂60℃的情况下进行的。扫描电镜(SEM)可以直接观察到核壳结构的存在。凝胶渗透色谱(GPC)检测结果表明由实验合成的大分子引发剂引发的聚合反应,聚合物分子量及聚合度控制在较好的范围内(PDI＜1.15)。
(3)受到上述实验的启发,为了减少纳米SiO2的使用所带来的经济负担,降低成本,首次尝试采用机制砂改性制备机制砂复合材料。对机制砂进行表面预处理,使其表面羟基化,随后用硅烷偶联剂3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)进行表面改性,与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)聚合并季铵化得到最后复合材料。通过FTIR,XPS和TGA等检测手段对产物进行检测,并通过TEM,SEM观察合成复合材料的形貌,为将来复合材料的合成与研究提供了新思路。