以丙烯酸為偶聯(lián)劑制備二氧化硅/聚丙烯酸-丙烯酰胺復合材料

2009年10月王國祥等以丙烯酸為偶聯(lián)劑制備二氧化硅/聚丙烯酸-丙烯酰胺復合材料以丙烯酸為偶聯(lián)劑制備二氧化硅/聚丙烯酸丙烯酰胺復合材料王國祥何斌鴻(湖南理工學(xué)院化學(xué)化工系,岳陽(yáng)414000摘要以丙烯酸為偶聯(lián)劑,通過(guò)無(wú)皂乳液聚合方法制備了二氧化硅/聚丙烯酸一丙烯酰胺復合材料。先用丙烯酸通過(guò) stobe改進(jìn)法對SiO2納米粒子表面進(jìn)行處理,得到表面接枝一層丙烯酸的SiO2粒子;然后通過(guò)與丙烯酰胺單體聚合得到二氧化硅/聚丙烯酸-丙烯酰胺核殼納米復合材料。采用紅外光譜和熱重分析法對產(chǎn)物進(jìn)行了表征關(guān)鍵詞核殼納米復合材料二氧化硅/聚丙烯酸一丙烯酰胺偶聯(lián)劑對有機/無(wú)機納米復合微球的研究與制備越由于SO2粒子表面有大量的羥基,因此可以來(lái)越引起人們的關(guān)注(),因為這種復合微球可望通過(guò)對其表面進(jìn)行處理,得到一種可聚合的SO2廣泛應用于制備高耐磨高強度復合涂層、功能涂單體。本研究采用改進(jìn)的 stobe方法,在二氧化硅層、新型復合磁性材料、新型導電聚合物和新型發(fā)納米粒子表面接枝一層可以和其他有機單體進(jìn)行光材料以及其他功能材料等(21。目前有關(guān)文獻聚合反應的丙烯酸然后通過(guò)聚合,將丙烯酰胺聚報道較多的是對微米級、納米級SO2粉末進(jìn)行硅合到無(wú)機納米粒子二氧化硅的表面,對其進(jìn)行包烷化處理,但這樣處理存在諸多問(wèn)題,如固體粉末覆,制得二氧化硅/′聚丙烯酸-丙烯酰胺[SiO2′易團聚、粉末難以分散均勻、偶聯(lián)不充分,由此影P(AA-AM)]復合材料。通過(guò)這種方法降低了響了復合材料性能的提高3團聚現象并實(shí)現充分偶聯(lián)。合成路線(xiàn)見(jiàn)圖180~85℃丙烯酰胺K2S, OHd SiOz H +HoOCCICH圖1SiO2/P(AA-AM)復合材料合成示意1實(shí)驗部分1.2表面含可聚合官能團的二氧化硅納米粒子1.1主要原料的制備正硅酸四乙酯,分析純,天津市福晨化學(xué)試劑通過(guò)改進(jìn)的 stobe法,將正硅酸四乙酯在乙醇廠(chǎng);無(wú)水乙醇,分析純,天津市大茂化學(xué)試劑廠(chǎng);過(guò)中和堿性條件下控制水解可制得表面含可聚合官硫酸鉀,分析純,重結晶后使用,天津市東方化工能團的二氧化硅納米粒子。常溫下將19mL正硅廠(chǎng);丙烯酰胺、丙烯酸,均為分析純,丙烯酸蒸餾后酸四乙酯加人到200m無(wú)水乙醇中,然后快速加使用,天津市化學(xué)試劑研究所;氨水,分析純。實(shí)40m水和20mL10mo/L氨水,以200r/min的驗用水為二次蒸餾水。速度攪3h后討淮.直空干燥。取5g二氧DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器、化硅中國煤化工丙醇的三口瓶中,DHG-9076A真空干燥箱、SHB-B95A循環(huán)水式超聲CNMH GnI丙烯酸,升溫至多用真空泵,鄭州長(cháng)城科工貿易有限公司;FTIR-370紅外光譜儀, Thermo Nicolet公司;COR收稿日期:2009-07-15作者簡(jiǎn)介:王國祥,副教授,主要研究方向為微乳液相結構及4P型熱分析儀,美國熱電公司。高分子材料合成。精細石油化工進(jìn)14第10卷第10期A(yíng)DVANCES IN FINE PETROCHEMICALS80~85℃,放置過(guò)夜,抽濾,在80℃下真空干燥由圖3可看出,1722cm為羰基吸收峰,24h即得產(chǎn)物。使用前用超聲波在水中分散。l644cmˉ為丙烯酸雙鍵峰,紅外光譜表明丙烯1.3SiO2/P(AA-AM)核/殼微球的制備酸通過(guò)共價(jià)鍵連接到二氧化硅表面,功能化的二聚合反應在氮氣保護下進(jìn)行,在帶冷凝裝置氧化硅可以與其他乙烯基單體聚合。的反應器中,加入制備的二氧化硅納米粒子分散圖2中譜線(xiàn)3的SO2/P(AA-AM)紅外光譜液、去離子水和丙烯酸、丙烯酰胺單體,通氮氣,以出現了聚丙烯酰胺2個(gè)特征峰,在3400~3200300r/min速度攪拌30min后開(kāi)始升溫,在75℃m(-NH峰)和1654cm-1(C=0峰)。由時(shí)加入適量的過(guò)硫酸鉀,恒溫6h后升溫到85℃,繼續反應30min,然后降溫出料,離心,得到此可見(jiàn),復合材料中含有丙烯酰胺,同時(shí)復合材料sio2/P(AA-AM)核/殼微球。中仍有SiO2/AA的特征峰,說(shuō)明得到的是SiO2P(AA-AM)復合材料。結果與討論2.2SiO2/P(AA-AM)復合材料熱重分析2.1SiO2/P(AA-AM)復合材料紅外光譜分析圖4為二氧化硅(曲線(xiàn)1)、二氧化硅/丙烯酸圖2為二氧化硅納米粒子(譜線(xiàn)1)、二氧化硅/丙烯酸(譜線(xiàn)2)以及包覆聚合物的二氧化硅(曲線(xiàn)2)、二氧化硅/聚丙烯酸-丙烯酰胺(曲線(xiàn)3)復合材料的熱失重曲線(xiàn)。從圖4可以看出,升核/殼納米粒子(譜線(xiàn)3)的紅外光譜。溫過(guò)程中復合材料(曲線(xiàn)3)經(jīng)歷了2個(gè)主要的失WA GMw重階段:一是在100~250℃之間,對應于材料中殘存水及殘留溶劑的揮發(fā);二是250~500℃區間有1個(gè)較大的失重,這是由于有機物在250℃以1: Si后強烈熱分解造成的。2: Sio/AA3: Sio, /P(AA-AM1004000350030002500200015001000500波數/圖2SO2、SiO2AA和SiO2/P(AA-AM)3: Sio,/P(的紅外光譜譜線(xiàn)1在3410cm-1和1700cm-附近的峰8001000是水分子的特征峰;1100,800,474cm-附近的T/℃峰分別對應Si-O-Si的非對稱(chēng)伸縮振動(dòng)、對稱(chēng)圖4SiO2、SiO2/AA和SO2/P(AA一AM)伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng);947cm處則是Si-OH鍵的Si—0振動(dòng)特征峰。紅外光譜上主要的峰均是的熱失重曲線(xiàn)二氧化硅的特征峰。由圖4還可看出,SO2AA在0~100℃的失譜線(xiàn)2為功能化二氧化硅的紅外光譜,圖3重小于復合材料,這是由于二氧化硅表面經(jīng)過(guò)丙是譜線(xiàn)2在2000-800cm的局部放大。烯酸處理后,表面所吸附的水含量有所降低,而復合材料則可能由于聚丙烯酰胺的親水性而使其表面含有一定的水分。當熱分解溫度達到250℃以后,由于無(wú)機二氧化硅網(wǎng)絡(luò )與丙烯酰胺聚合物鏈形成相互交聯(lián)的互穿結構,無(wú)機網(wǎng)絡(luò )的形成抑制了聚中國煤化工段在熱應力作用下的運YHCNMHG高了復合材料的耐600140012001000800熱性波數/cm2.3核/殼微球的包覆形成機理圖3SO/AA紅外光譜的局部放大由于丙烯酰胺是水溶性單體,將二氧化硅表2X9年10月王國祥等.以丙烯酸為偶聯(lián)劑制備二氧化硅/聚丙烯酸-丙烯酰胺復合材料15面經(jīng)過(guò)處理的微球分散到含單體丙烯酰胺的水溶料的熱穩定性能。液中,加熱使過(guò)硫酸鉀分解引發(fā)聚合,無(wú)機納米粒參考文獻子表面可聚合雙鍵和附近的丙烯酰胺單體聚合I Kessler D, Theato P. Synthesis of Functional Inorganic-organic形成聚合物包覆于納米粒子表面。水中溶解的丙Hybrid Polymers Based on Poly( silsesquioxanes )and Their Thin烯酰胺單體吸附到納米粒子的表面聚合物中進(jìn)行cromolecules,2008,41(14):5237-5244聚合,成為該無(wú)機納米粒子表面包覆層2 Ishizu K, Tokuno Y, Lee DH, et al. Synthesis of Silica HybridNanoparticles Modified with Photofunctional Polymers and Con-3結論struction of Colloidal Crystals. Journal of Applied Polymer Science采用改進(jìn)的sobe方法,在二氧化硅納米粒子2009,112(4):2434-2440表面接枝一層丙烯酸,然后通過(guò)無(wú)皂乳液聚合,將Silvestri B, Luciani G, Costantini A. In-situ Sol -gel Synthesis丙烯酰胺聚合到無(wú)機納米粒子二氧化硅的表面and Characterization of Bioactive PHEMA/SiO, Blend HybridsJournal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomate-對其進(jìn)行包覆,制備了二氧化硅/聚丙烯酸-丙烯rials..2009,89B(2):369-378酰胺復合材料。對納米復合材料的紅外光譜分析4 Yeh jJ M, Hsieh F, Yeh w. Organic Base- catalyzed Sol和熱重分析表明,形成的以SiO2為核、聚丙烯酰gel Route to Prepare PMMA-silica Hybrid Materials, Polymer In-胺為殼的復合材料結構,顯著(zhù)提高了納米復合材ternational,2007,56(3):343~349Synthesis of Sio2/P(AA-AM) Core/Shell Hybrid Material UsingAcrylic Acid as Coupling AgentWang Guoxiang He BinhonCollege of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan Institute of scienceand Technology, Yueyang 414000)Abstract A hybrid SiO2/P(AA-AM)core/shell nanoparticles were prepared by soap-free emulsionolymerization using acrylic acid(AA)as coupling agent. First, the surface of silica nanoparticles was treatedby improved stobe process using acrylic acid and SiO2/AA nanoparticles was prepared, then Si02/P(AAAM)core-shell nanoparticles hybrid was prepared by polymerization with acrylamide( AM)monomer. Theroduct was characterized by FtiR and TGKey Words core/shell nanoparticle hybrid, Si02/P(AA-AM), coupling agent出光興產(chǎn)開(kāi)發(fā)的新型PAO產(chǎn)品將在2010年上半年投放市場(chǎng)日本煉油商出光興產(chǎn)公司日前表示,公司計劃2010年上半年開(kāi)始向市場(chǎng)銷(xiāo)售新近開(kāi)發(fā)的高性能聚α-烯烴(PAO)產(chǎn)品。據知情人土稱(chēng),這種產(chǎn)品將用作基礎油組分,將以托銷(xiāo)的形式交由第三方生產(chǎn)商進(jìn)行生產(chǎn)。預計這種高性能PAO產(chǎn)品的起初銷(xiāo)售量每年在幾百?lài)嵉乃?。出光興產(chǎn)公司管理人員表示,如果這種業(yè)務(wù)獲得成功,出光興產(chǎn)公司可能考慮建設20~30kta的公司自有裝置生產(chǎn)這種新產(chǎn)品。這種利用公司自有茂金屬中國煤化工廣泛的用途,適用范圍從低粘度發(fā)動(dòng)機油到高粘度工業(yè)潤滑油等。CNMHG龐曉華摘譯自ICIs2009-10-11