聚乙烯吡咯烷酮/硅溶胶纳米复合材料的制备及其性能研究

摘要

近年来，有机无机纳米复合材料一直是人们研究的热点之一。其中，聚合物/硅溶胶纳米复合材料由于形貌、结构和性能的独特性、多样性和可控性，同时兼备聚合物和硅溶胶的优良性能，从而在熔模铸造、涂料、造纸、生物医药等领域得到广泛应用，特别是在药物缓释、催化、分离、吸附、微电子等前沿科学领域应用前景广阔，因此成为备受关注的课题。本文选用对纳米粒子具有较强吸附能力及分散稳定作用的亲水性高分子聚乙烯吡咯烷酮（PVP），分别通过共混法、原位聚合法对商业用硅溶胶进行改性，得到了一系列SiO2含量高达25％、综合性能优异的PVP/硅溶胶纳米复合材料。具体研究内容及结果如下：
　　本论文首先采用物理共混法制备了PVP/硅溶胶纳米复合材料。无需任何改性剂对硅溶胶粒子进行表面处理，亲水性聚合物PVP通过氢键吸附在胶体颗粒表面或胶粒间，有效提高原硅溶胶的粘度和稳定性。通过对复合材料粘度、稳定性及热性能进行测试及表征，系统研究了共混温度、不同分子量聚合物浓度对复合材料粘度和稳定性的影响。
　　其次，以AIBN为引发剂，采用原位聚合法使亲水性单体NVP直接在硅溶胶体系中聚合，利用PVP链的空间桥联作用对二氧化硅胶体粒子进行原位表面包覆，成功制备出稳定性良好，聚合物含量为0.32%~1.71%，平均粒径在30~113nm之间的PVP/硅溶胶纳米复合材料。纳米复合材料的粒径、粘度和稳定性可分别通过控制单体用量、聚合温度、时间及引发剂浓度调节。TEM测试表明，所得纳米复合粒子呈桥联粒子形貌，且大量硅溶胶粒子在其表面吸附富集。
　　最后，利用硅溶胶表面带负电的性质，选用阳离子引发剂AIBA基于静电作用控制单体NVP在硅溶胶颗粒表面进行原位聚合，制备了平均粒径介于20.79~99.09nm之间、聚合物含量为0.55%~1.25%的稳定PVP/硅溶胶纳米复合材料。在单体浓度1.4%，反应温度为100℃，反应时间为4h，引发剂浓度为1.5%（占NVP质量比）条件下，复合材料稳定性达到最优值，此时单体转化率达89.6%。TEM测试表明，PVP分子链充当粘结剂的作用将硅溶胶粒子桥接在一起，同时吸附体系中游离的二氧化硅胶体小颗粒，形成草莓型结构复合粒子。

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第一章 绪论

1.1 硅溶胶概述

1.2 聚合物/硅溶胶纳米复合材料

1.3 聚乙烯吡咯烷酮/SiO2纳米复合材料研究现状

1.4 论文选题目的、意义及研究内容

第二章 共混法PVP/硅溶胶纳米复合材料的合成

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3本章小结

第三章 原位聚合法制备PVP/硅溶胶纳米复合材料

3.1前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4本章小结

第四章 基于静电作用制备PVP/硅溶胶纳米复合材料

4.1前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4本章小结

第五章 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与学位相关的科研成果目录