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纳米二氧化硅(SiO<,2>)微粒结构非常特殊,表现出奇异或反常的物理化学特性,具有卓越的光、力、电、热、磁、放射等特殊性能。其复合材料集无机有机优点,有广阔的研究和应用前景。
本论文利用正硅酸乙酯(TEOS)水解反应,以正硅酸乙酯为前驱物,水代替乙醇为溶剂,制备了SiO<,2>颗粒,然后在颗粒表面进行了接枝聚合制备复合微粒。探讨了超声水解法,液液界面自组装法,溶胶凝胶法制备工艺,研究了超声作用,超声时间,酸碱催化,添加剂等因素对制备SiO<,2>的形貌、粒径等的影响。用乳液聚合法制备复合微粒,分析了温度、时间、硅烷用量、分散溶剂等因素的影响,探讨作用机理。运用扫描电镜SEM和透射电镜TEM对样品的微观形貌和分散进行分析。运用红外光谱仪FTIR测定样品的骨架振动吸收峰和探讨化学接枝反应机理。用X射线衍射仪XRD表征样品的物相结构。用X射线能谱仪EDS测定样品的表面元素组成。滴定法测量样品的表面羟基数和亲油化度,灼差法测定样品有机物质量百分数。
实验结果表明:利用正硅酸乙酯的水解反应,反应环境、添加剂、催化方式等不同,制备的SiO<,2>颗粒的形貌和粒径存在差别。正硅酸乙酯在强碱催化下超声水解4h,制备了SiO<,2>光滑圆球,粒径300 nm,单分散性极好。在酸催化下,液液界面自组装法制备的样品呈直棒状,直径约15 μm,长径比大于10∶1;改进的溶胶凝胶法制备的样品呈骨节棒状,直径约15 μm,长度约200 μm。碱催化下,可制备出棒状产物,直径约300nm。通过硅烷化,在SiO<,2>表面形成单分子自组装膜,然后向乳液中滴加单体及引发剂,通过乳液聚合反应得到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA/SiO<,2>)复合微粒。复合微粒的有机物含量36.7%,复合微粒的亲油化度35.9%,表面羟基值0.9个/nm<2>。SiO<,2>纳米微粒通过硅烷化,在硅烷层取向效应下更有效地通过C=C双键与MMA发生化学键合,PMMA梳形包覆在SiO<,2>表面。PMMA/SiO<,2>颗粒为三层结构,核为SiO<,2>,中间层为硅烷单分子层,壳为PMMA层。复合微粒粒径>100 nm,具有良好的有机相容性和分散稳定性。