杂化材料

材料化学专业

杂化材料结课论文

题目:聚合物纳米杂化材料的制备

班级学号:1209

姓名:

授课教师:

哈尔滨理工大学化学与环境工程学院

2015年7月1日

杂化材料结课论文

摘要

聚合物纳米材料由于其大比表面积的特殊性质，使之在纳米和分子水平范围内具有特殊的应用性能，已成为材料科学中最为热门和前沿的研究领域。有机．无机杂化材料兼具聚合物的低密度、高韧性、可塑性以及无机材料的透明性、高折射率、表面坚硬性等诸多优良性质，同时容易剪裁成具有特殊结构的材料，如微胶囊、核．壳型颗粒、毛细管等等，所以有机一无机杂化纳米材料在光学、催化、微电子、包装、生物、制药等行业内都有巨大的潜在应用。

目录

摘要...................................................................................................................... I 第1章绪论. (1)

1.1聚合物纳米粒子杂化材料的介绍 (1)

1.1.1 在无机粒子外包覆聚合物 (1)

1.1.2 在聚合物胶粒外包覆无机物 (3)

1.1.3 一步直接聚合法合成含有无机结构的杂化纳米粒子 (3)

1.1.4 在无机粒子外包覆聚合物 (4)

第2章聚合物纳米粒子杂化材料的制备方法 (6)

2.1 共混法 (6)

2.1.1 溶液共混法 (6)

2.1.2 熔融共混法 (6)

2.1.3 乳液共混法 (7)

2.2 溶胶-凝胶法 (7)

2.3 纳米粒子原位生成法 (8)

2.4单体原位聚合法 (8)

2.5 自组装法 (9)

2.6 超声波法 (9)

第3章聚合物纳米粒子杂化材料的结构表征 (11)

3.1 电子显微镜 (11)

3.2 红外光谱 (11)

3.3 X射线光电子能谱 (11)

3.4 X射线衍射 (11)

3.5 力学性能 (12)

3.6 光学性能与应用 (12)

3.6.1 吸光特性 (12)

3.6.2 吸波性能 (12)

3.6.3 光致色变特性 (13)

3.7 敏感性能 (13)

3.8 催化性能 (13)

3.9 电学性能 (14)

3.10 磁性能与应用 (14)

总结 (15)

参考文献 (16)

第1章绪论

1.1聚合物纳米粒子杂化材料的介绍

聚合物材料在现代生活中应用广泛，具有各种各样的性能，如导电性聚合可以像金属材料一样应用于电学的各行各业，但是一些导电性聚合物如聚苯胺、聚吡咯等聚合物虽合成方法较简单，具有较高的导电率，但是很难像其他高分子聚合物那样易加工成型，且在高温和潮湿环境下不能长期使用[1]，聚酯和聚酯纤维虽具有高模量、高强度、耐酸，耐热性等优点，但其因其可燃性而应用受到限制[2]。聚氯乙烯等一些树脂类聚合物在橡胶方面应用广泛，但其脆性大、热稳定性差，在热、氧气、光等环境下性能下降[3]。为了提高、优化各种聚合物的各种性能，用纳米粒子对其进行掺杂，得到聚合物纳米粒子杂化材料，这种材料能够充分体现聚合物的一些性能如密度小、强度高、耐腐蚀、易加工等特点，也能够体现纳米粒子所具有得体积效应、表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应，特别是还能够产生一些常规材料所不具备的新的性能，使其在生物、医药、化工、材料、电子、催化剂、传感器、生物等方面有着广阔的应用前景[4-6]。目前国内外许多科研工作者都通过高科技手段，采用纳米新技术以及先进的制造工艺，将纳米粒子用于聚合物和杂化材料的改性中，以提高其各种性能，并取得了许多可喜的研究成果。本文主要综述近年来聚合物纳米粒子杂化材料的几种主要的制备方法以及各种性能和应用情况。

1.1.1在无机粒子外包覆聚合物

为了增加有机．无机间的亲和力，偶联剂在此类制备过程中被广泛应用，Carris等利用有机钛偶联剂，在二氧化钛胶粒表面通过化学键作用或

物理缠结作用包覆了一层聚甲基丙烯酸甲酯聚合物。Espiard等用类似的方法，用甲基丙烯酸一3．三甲氧基硅丙酯(MPS)作为偶联剂，在硅胶体外包裹一层甲基丙烯酸乙酯聚合物，这种杂化胶体颗粒可形成完全透明的膜，且具有与硫化橡胶类似的优良的力学性能。Carris等对用憎水基团改性过的钛胶体颗粒，使十二烷基硫酸钠吸附于其表面，然后引发聚合反应形成有机层。带有正电荷的氧化铁胶体颗粒表面，可成功吸附双层十二烷基硫酸钠乳化剂而保存胶体稳定，在吸附过程中利用超声分散，避免聚并。后来，Quaroni等利用油酸在银胶体粒子表面的吸附，形成聚苯乙烯／聚丙烯酸甲酯共聚物壳n ，同样，油酸也可以在磁性胶体颗粒外吸附，进而制备杂化粒子。单体同样能够先吸附于无机粒子表面，然后再引发聚合。主要是选用带有酸性或碱性的单体，利用酸碱作用机理进行吸附，然后与苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯在粒子表面进行共聚，由此合成的杂化粒子制成的膜具有高玻璃化、高透明度等特点。Armes等利用碱性的4．乙烯基吡啶与表面为酸性的二氧化硅胶体颗粒之问的吸附，然后引发聚合形成杂化纳米粒子。Mafikanos等用类似的方法，使用相应的单体聚合形成聚吡咯和聚Ⅳ．甲基吡咯／金杂化颗粒。另外，使用可聚合的表面活性剂(如甲基丙烯酸二甲基乙基氨盐)，其兼具表面活性剂和单体的作用，它的吸附提高了包覆的效率。

另外一种路线是在无机粒子表面利用与粒子表面电荷相反的引发剂进行吸附，后引发聚合反应，其吸附过程可由介质的pH值控制17]。AIBA 与合适的表面活性剂一起吸附后，可在二氧化硅胶体颗粒表面引发聚合并在其表面杂凝聚，形成杂化粒子。根据二氧化硅胶体颗粒的大小，这种杂化粒子分别呈现出草莓状结构和规整的核．壳结构。最近，利用微乳液聚合方法制备杂化纳米粒子也被广泛研究，这种方法是在无机粒子外吸附憎水物，后分散于憎水单体中，然后加入到含有表面活性剂的水溶液