利用醋酸乙烯酯原位聚合对纳米氧化锌的表面包覆

摘要

纳米氧化锌由于其纳米尺寸效应、表面效应以及纳米粒子与基体界面间强的相互作用，具有普通氧化锌无法比拟的特殊性能。但是由于纳米颗粒的表面分子具有极高的表面活性，很容易与其他分子结合而导致团聚，形成较大的纳米微粒团聚体，这些团聚体的尺寸通常远远超出纳米尺度，也就失去了纳米材料的小尺寸效应，严重影响最终产品性能。如何解决纳米粒子的团聚问题，提高其分散性能，是纳米产品所面临的关键性问题。
　　 聚合物包覆是使无机纳米粒子改性的重要方法之一，对提高无机纳米粒子的分散性及增强与聚合物基体间的相容性具有很大作用。聚醋酸乙烯酯(PVAc)无色透明，具有热塑性，是粘合剂、水性涂料、纤维等的原料，系新型环保型建筑涂料发展的重点新产品。将具有抗老化作用的纳米ZnO分散于PVAc中，有利于提高新型涂料的抗老化性能。无机纳米粒子已广泛应用于高分子材料改性，但其表面能高，与聚合物极性相差大，难以实现与聚合物的界面相容和在高分子基体中的纳米分散。针对以上问题，我们采用溶胶-凝胶法制得纳米ZnO，将其分散至醋酸乙烯酯单体(VAc)中，通过原位乳液聚合的方法，将无机纳米氧化锌粒子表面包覆有机聚合物(PVAc)，作为对纳米粒子进行表面有机修饰的一种方法，制备出表面包覆PVAc的纳米ZnO(ZnO/PVAc)。根据以上的研究思路，本论文的主要研究内容如下：
　　 (1)通过溶胶-凝胶法制备纳米氧化锌，研究不同条件对于纳米氧化锌粒径的影响，并最终确定出制备粒径小、分布均匀、分散性良好的纳米氧化锌粒子的工艺条件；
　　 (2)通过纳米粒度分析仪、XRD、SEM、TEM等手段对纳米ZnO的粒径及分散性进行表征；
　　 (3)通过原位乳液聚合方法，将无机纳米ZnO粒子表面包覆上有机聚合物(PVAc)，通过对聚合温度、乳化剂用量、引发剂用量、氧化锌用量等影响因素的讨论，来确定制备ZnO/PVAc的最佳工艺条件；
　　 (4)通过纳米粒度分析仪、TEM、粘度测定、固含量测定、紫外吸收光谱等手段对ZnO/PVAc的性能进行表征。
　　 通过对上述内容的研究，我们得出以下结论：
　　 (1)溶胶-凝胶法制备纳米ZnO溶胶的最佳工艺条件为：氨水与粗ZnO的摩尔比为1.75:1、每毫升ZnO胶体的加水量为0.2mL、复合表面活性剂X占粗ZnO的质量分数为7％、氨水加入时控制反应温度和反应时间分别为-10℃和45-60 min；
　　 (2)通过纳米粒度分析仪、XRD、SEM、TEM等手段对纳米ZnO的粒径及分散性进行表征，制备出了体均粒径为53nm的纳米ZnO粉；
　　 (3)通过原位乳液聚合方法制备出了表面包覆PVAc的纳米ZnO(ZnO/PVAc)，对影响ZnO/PVAc性能的因素进行了讨论，确定了制备ZnO/PVAc的最佳工艺条件为：聚合在75℃进行、超声波震荡后，聚合反应前加入ZnO、以醋酸乙烯酯单体VAc的质量为基准，各反应物所占质量分数分别为：ZnO为50％、引发剂为0.8％、聚乙烯醇为10％、OP-10为1％、去离子水的加入量为120％；
　　 (4)通过纳米粒度分析仪、TEM、粘度测试、固含量测定、耐水性能测试、紫外光谱等手段对ZnO/PVAc的性能进行表征，得到了纳米ZnO粒子粒径为35nm，乳胶粒径为0.3μm的ZnO/PVAc，与普通PVAc相比，ZnO/PVAc具有更优良的耐水性能以及抗紫外性能。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 纳米材料及其基本特性

1.1.1 纳米材料简介

1.1.2 纳米材料的基本特性

1.2 纳米ZnO的结构与性能

1.2.1 ZnO的结构特性

1.2.2 纳米ZnO的用途

1.3 纳米粒子的团聚

1.3.1 软团聚原因

1.3.2 硬团聚原因

1.4 纳米粒子表面改性的机理

1.4.1 纳米粒子表面包覆改性

1.4.2 纳米粒子表面偶联改性

1.5 乳液聚合

1.5.1 乳液聚合技术概况

1.5.2 乳液聚合的种类

1.6 研究的目的与内容

第2章 溶胶-凝胶法制备纳米ZnO溶胶

2.1 引言

2.1.1 纳米氧化锌的制备

2.1.2 溶胶-凝胶法

2.2 实验部分

2.2.1 实验试剂与仪器

2.2.2 实验方法

2.2.3 表征方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 溶胶-凝胶法制备纳米ZnO溶胶的影响因素讨论

2.3.2 样品的表征

2.4 小结

第3章 表面包覆聚醋酸乙烯酯的纳米氧化锌的研究

3.1 引言

3.1.1 醋酸乙烯酯(VAc)的乳液聚合

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂与仪器

3.2.2 实验方法

3.2.3 表征方法

3.3 结果与讨论

3.4 小结

第4章 结论

4.1 创新点

4.2 研究成果

4.3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文