SiO2-PMMA核壳结构纳米颗粒电纺薄膜的制备及其结构演变规律研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kinghuang1982
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二氧化硅纳米微球(SiO2)具有力学强度高、耐高温和化学稳定性好等很多有机材料所不具备的优良性能,因此在与有机高分子材料相结合以后在复合增强增韧等方面有广泛的应用。近年来,无机粒子/有机聚合物纳米纤维因为其独特的结构和优良的力学及光电性能已被大量应用于复合增强、过滤阻隔、生物医学、光电材料及声学材料等领域。然而,无机纳米粒子在有机溶剂中的分散性差并且无机纳米粒子与聚合物基体界面结合差,制备的纳米纤维容易出现无机纳米粒子团聚严重、形貌不规整和纳米纤维中无机纳米粒子位置不可控等问题,所以制备形貌规整、结构可控的高性能串珠状纳米纤维已经成为国内外研究的热点之一。本文以SiO2微球为原料,经多步化学反应制备出接枝有PMMA的SiO2-PMMA核壳结构纳米颗粒,在经过理论分析证明了SiO2-PMMA纳米粒子的可纺性的前提下,使用静电纺丝方法制备出SiO2-PMMA纳米纤维,并系统的研究了不同因素对纳米纤维微观形貌的影响。基于stober法制备的不同粒径的SiO2,并以此为原料使用化学接枝改性方法依次将其氨基化、溴化,再用原子转移自由基聚合(ATRP)的方法在SiO2表面接枝上甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。采用傅里叶红外光谱(FTIR)、热重分析仪(TGA)、凝胶渗透色谱(GPC)、扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)等表征测试手段对化学改性前后的SiO2进行分析表征,结果证明成功制备了二氧化硅(SiO2)、氨基化二氧化硅(SiO2-NH2)、溴化二氧化硅(S1O2-Br)和核壳结构SiO2-PMMA纳米颗粒(SiO2-PMMA)。在SiO2表面接枝聚合物之后SiO2团聚现象会得到改善并且形成了以SiO2为核芯,PMMA为壳层的核壳结构,而且ATRP反应时间越长壳层厚度越厚。以静电纺丝的原理为理论基础分析研究了在无助纺聚合物的条件下以SiO2-PMMA纳米颗粒为原料直接制备SiO2-PMMA纳米纤维的可行性。以可纺性为前提成功制备了SiO2-PMMA纳米纤维,并系统的研究了不同因素纳米纤维形貌有何影响,实验结果证明SiO2粒径越大越有利于纳米纤维的形成并且更有利于形成串珠状的纳米纤维;纺丝液浓度越小纳米纤维直径越小,SiO2微球的形貌显示的更明显,并且更倾向于形成串珠状的纳米纤维;接枝PMMA的分子量越小则纳米纤维的直径越小,SiO2微球的形貌显示的越明显,并且更有利于形成串珠状的纳米纤维;静电纺丝施加电压越大则纳米纤维中SiO2微球团聚现象越明显;接收板与针头之间的距离越大,纳米纤维的直径越细。
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