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题目:敏感性二氧化硅/高分子复合微球制备与性能研究

关键词:二氧化硅,温度敏感,聚合物微凝胶,有机/无机复合材料

  摘要


二氧化硅具有易于制备、粒径控制性好、较好的化学稳定性、以及易于实现功能化等诸多特性,复合二氧化硅的高分子微凝胶材料的制备与应用研究引起了研究者们的普遍关注。若将具有环境敏感性能的高分子与二氧化硅通过一定方式进行复合,即可以得到同时兼具良好化学稳定性和环境刺激响应性特征的微、纳米二氧化硅复合材料。
基于以上研究思路和课题组在微凝胶模板法合成无机/高分子和有机/高分子复合微凝胶材料的研究工作基础,本论文围绕具有温度敏感性能二氧化硅/高分子复合微凝胶材料的制备及其性能研究,主要开展了以下两个方面的研究工作。
(1) 多组分PS/SiO2/PNIPAM复合微球制备
通过一种较为简单的方法制备具有温度敏感性能的多组分PS/SiO2/PNIPAM核-壳结构复合微球材料。以无皂乳液聚合法制备得到的粒径单分散、并经表面改性的PS微球为模板材料,在其表面控制正硅酸乙酯(TEOS)的水解缩合反应,形成PS/SiO2核-壳结构复合微球;再通过有机硅烷化试剂3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷试剂(MPTMS)的表面修饰,通过沉淀聚合法将温敏性NIPAM包覆在PS/SiO2外层。主要研究不同催化剂、TEOS浓度等对所合成PS/SiO2微球形貌的影响,以及壳层NIPAM单体含量对多组分PS/SiO2/PNIPAM复合微球温度敏感性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和激光粒度仪等手段对所制备复合微凝胶材料形貌、组成和性能等进行表征。
(2) P(St-co-NIPAM)/P(NIPAM-co-MPTMS)有机/无机复合微凝胶制备
本研究以无皂乳液聚合法制备得到粒径窄分布的N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和苯乙烯(St)共聚高分子微球P(St-co-NIPAM)为核芯组分,在其表面通过NIPAM和硅烷化试剂(MPTMS)的共聚,得到具有温度敏感性的无机-有机杂化网络结构的P(NIPAM-co-MPTMS)壳层。主要考察壳层中两种单体(NIPAM和MPTMS)的相对含量对复合微凝胶敏感性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和激光粒度仪等手段对所制备复合微凝胶材料形貌、组成和性能等进行表征。研究发现,实验所制得的核-壳型复合微凝胶能够快速的对温度的变化做出响应,在30 °C左右出现相转变,且具有良好的温度敏感可逆性特性。