毕业论文——聚甲基丙烯酸甲酯包裹二氧化钛纳米颗粒的制备和表征
8页1、聚甲基丙烯酸甲酯包裹二氧化钛纳米颗粒的制备和表征摘要:用聚甲基丙烯酸甲酯来改性二氧化钛(TiO2)纳米颗粒,以改善纳米颗粒在分散介质的稳定性和降低TiO2纳米颗粒与电介质之间的密度不匹配,应用于微胶囊型的电泳显示。通过原位分散法用聚甲基丙烯酸甲酯来包裹纳米颗粒。通过傅立叶红外光谱(FTIR)、电泳光散射仪(ELS)和扫描电子显微镜(SEM)对聚甲基丙烯酸甲酯包裹的TiO2纳米颗粒进行表征。研究表明:聚甲基丙烯酸甲酯包裹的TiO2纳米颗粒的密度与聚甲基丙烯酸甲酯包裹纳米颗粒的厚度有关。通过热重分析(TGA)可以测定PMMA层和纳米颗粒提升的热稳定性。关键词:分散;电子墨水;二氧化钛;纳米颗粒前言控制胶体的性质和二氧化钛(TiO2)悬浮液的稳定性对于制造不同的高性能产品非常重要,如涂料、化妆品及光催化剂等等1-5。TiO2纳米颗粒由于高折射率、高白度也应用于柔性显示器的电子墨水中6。在电泳显示应用中,TiO2纳米颗粒的分散稳定性是最难解决的问题之一。近几年已经研究了几种提高无机纳米颗粒分散稳定性的不同方法7-12。用聚合物包裹无机颗粒对其进行表面改性不仅可以提高静电斥力,而且斥力由于吸附了
2、聚合物层又被称为立体排斥。因此,降低了纳米颗粒和分散介质之间的密度不匹配,这是因为聚合物包裹层的密度比纳米颗粒密度小。这几种方法中主要介绍原位聚合、核壳型纳米结构13-17。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)适合作为包裹无机颗粒的原料是因为可以提高其分散稳定性18,19。为了使聚甲基丙烯酸甲酯成功包裹TiO2纳米颗粒,应该对无机材料进行预处理。例如引入低聚物与TiO2纳米颗粒的羧酸官能团形成连接体20。在该方法中,首先用甲基丙烯酸对TiO2纳米颗粒表面的乙烯基进行改性,然后用盐酸处理使纳米颗粒的zeta电位在等电点(IEP)以下。在这项研究中,引入甲基丙烯酸来对纳米颗粒的乙烯基官能团进行表面预处理。为了改善甲基丙烯酸的羧基和TiO2纳米颗粒表面的相互作用,可以用盐酸使TiO2纳米颗粒的表面低于它的IEP,使纳米颗粒的表面带正电荷。然后,通过分散聚合的方法在改性过的TiO2纳米颗粒表面合成聚甲基丙烯酸甲酯的包裹层。聚甲基丙烯酸甲酯包裹TiO2纳米颗粒的表征,例如化学结构、尺寸、形状和形态分别可以通过傅立叶红外光谱仪(FTIR)、电泳光散射(ELS)和SEM检测。实验通过分散聚合的方法制备TiO
3、2/PMMA纳米颗粒的核/壳结构。二氧化钛(TiO2,杜邦,美国),甲基丙烯酸甲酯(MMA,Duksan,韩国),甲基丙烯酸(MAA,Junsei,日本),聚(乙烯吡咯烷酮)(PVP,Aldrich,Mw=5000克/摩尔)为分析纯,而220偶氮二异丁腈(AIBN,Junsei,日本)为优级纯。首先,将3gTiO2纳米颗粒溶于20mlHCL水溶液中,当加入纳米颗粒时调节三个不同的PH值分别为1、1.5和2。将处理过的颗粒加入溶有1g甲基丙烯酸甲酯和3g分散稳定剂PVA的300ml甲醇中,以改变TiO2纳米颗粒的表面疏水特征。然后在室温下把自由基引发剂偶氮二异丁腈加入到上述的TiO2纳米颗粒悬浮液中。将混合物加热到60,把12g甲基丙烯酸甲酯缓慢地滴加到溶液中,在此温度下搅拌12h。用甲醇洗涤产物,并且以2500r/min的转速离心30min。最终制得粉末形式的产物。由不同的酸性溶液处理这些聚甲基丙烯酸甲酯裹的TiO2纳米颗粒记为PMT,导致它们的表面都被聚甲基丙烯酸甲酯包裹。例如,PMT1表示在PH值为1的盐酸水溶液中进行预处理的TiO2纳米颗粒。用电泳光散射光谱仪(Photal EL
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