PDF《丙烯酸/SiO2 纳米复合乳液的制备和表征*》

5 /min,温度扫描范围: -50 ~120 2.4.4 光学性能测试:日本日立公司产 UV-3000 光谱仪,扫描速度 300nm/min,扫描范围: 200nm~700nm

3 结果与讨论 3.1 丙烯酸/SiO2 纳米复合乳液的制备 本文采用了三种不同的方法制备丙烯酸/SiO2 纳米复合乳液(见实验部分) 如果用高速剪 切搅拌和球磨法将纳米二氧化硅直接分散在丙稀酸乳液中会导致严重的破乳现象 因此采用 高速剪切搅拌和球磨法将二氧化硅先制备成均匀的水分散液 然后在人工搅拌下与丙稀酸乳 液混合从而解决这个问题 Table

2 The percentage of coagulum of the acrylic latex filled with nano-silica particles via in-situ polymerization Nano-silica content 0% 1% 3% 5% 7% Percentage of coagulum* (%)

0 0.3 3.1 4.6 5.0 比较三种方法制得的纳米复合乳液 SS 和BM 系列能稳定储存二周而没有沉淀 但应 用原位聚合制备的 IS 系列储存几天后便产生大量沉淀 这可能是由于纳米二氧化硅粒子本 身未达到均匀分散 同时在聚合反应过程中纳米二氧化硅的加入影响了乳液的稳定性 产生 了大量凝聚物 从Table

2 可看出 随SiO2 含量的增加 凝聚物量显著上升 当SiO2 含量 为7%时 便出现明显的破乳现象 因此从上述讨论可以看出 高速剪切搅拌和球磨法预先 制备纳米 SiO2 的水分散液是二种成功合成均匀 稳定的丙烯酸/SiO2 纳米复合乳液的有效 方法 3.2 丙烯酸/SiO2 纳米复合乳液的结构表征 Fig

1 为不同 SiO2 含量的 SS 系列的 TEM 照片 从图中可已看出 部分二氧化硅已经达 到纳米级分散 但仍有相当一部分发生团聚 甚至有的团聚体达到微米级 并且二氧化硅含 量越高 团聚体的量越多 尺寸越大 从Fig 1(a)和Fig

2 可以看出 在相同的二氧化硅含量

404 复旦大学 政学者论文集

2002 下3% 同原位聚合相比 高速剪切搅拌和球磨法能实现二氧化硅在聚合物基体中的均匀 分散 前面讨论的复合乳液储存稳定性也能证实这一点 Figure

1 TEM micrograph of SS series with contents of 3wt% (a), 5wt% (b), 7wt% (c) nano-silica Figure

2 TEM micrograph of BM (a) and IS (b) samples with 3wt% nano-silica 丙烯酸/微米 SiO2 复合乳液的结构也通过 TEM 进行表征 但令人惊奇的是 在其 TEM 照片中几乎没有找到 SiO2 粒子 这可能是由于微米二氧化硅粒径较大 在聚合物膜固化过 程中几乎全部沉降 因此 纳米 SiO2 与微米 SiO2 相比更容易稳定的分散在丙烯酸乳液体 系中 3.3 静态力学性能分析 从Table

3 可看出 BM 系列的拉伸强度随二氧化硅含量的增加先上升后又下降 在其 它文献中也得出了相似的结论[24-26] 一方面 如果纳米粒子在基体中形成理想的分散时 如Fig 3(a)所示 其具有巨大的比表面积 能与聚合物机体产生强烈的相互作用 起到了 交联点的作用 从而提高了拉伸强度 另一方面 如果纳米粒子含量进一步增加 将导致严 重的团聚现象 并且在团聚体中形成的空穴 如Fig 3(b)所示 由于聚合物基体只能与团聚 体 特别是硬团聚 的外表面相互作用以及空穴的大量存在 使得纳米粒子的团聚提呈现易 碎的结构 另外 由于团聚作用 粒子界面面积减少 与聚合物基体的相互作用也相应减弱

405 丙烯酸/SiO2 纳米复合乳液的制备和表征 上述二个副面影响使得在纳米粒子界面产生裂纹的可能性增加 从而导致拉伸强度的下降 同时,无机刚性粒子也会在一定程度上阻碍聚合物分子联段间的相互作用 也会使拉伸强度 下降 综合上述有利和不利因素 随着二氧化硅含量的增加拉伸强度将出现一个最大值 从Table