高折光率聚甲基丙烯酸甲酯有機無機納米雜化材料的制備與研究.pdf

1、近年來,由于光學材料的廣泛應用,高分子有機無機納米雜化材料的研究引起人們的關注。通過在高分子材料中添加各種具有光學特性的無機填料,使得到的材料在保持高分子本身的性能的同時,又具備了特殊的光學性質和功能。聚甲基丙烯酸甲酯是一種優(yōu)秀的光學材料,擁有著質輕、成本低、透光性好的優(yōu)點,但是折光率比較低,只有1.49。而無機材料如二氧化鈦、二氧化鋯等通常有著較高的折光率,但是無機材料有著透光性差、機械性能不良的缺點。所以將兩者結合起來,制備出一種具

2、有較高折光率的有機無機納米雜化材料必將在光學領域中有著重要的應用。本文的主要內容是運用一種創(chuàng)新的、更加簡便的方法——溶劑熱法,來嘗試分別將折光率較高的二氧化鈦、二氧化鋯和單質硅填入到聚甲基丙烯酸甲酯聚合物基體中,并對其進行表征并研究其光學性能和熱性能。
　　傳統(tǒng)制備有機無機納米雜化材料的方法有兩種,分別是溶膠-凝膠法和機械共混法。這兩種方法雖然研究已經較成熟,文獻報道的也非常多,但是實驗方法都比較復雜,步驟繁多。所以本文提出了一種

3、創(chuàng)新的實驗方法——溶劑熱法來制備不同無機填充物的高折光率聚甲基丙烯酸甲酯復合材料。
　　首先,實驗嘗試了以鈦酸正丁酯為前驅體,以乙烯基三甲氧基硅烷為共聚單體,采用溶劑熱一步法使得二氧化鈦以原位的方式連接到聚甲基丙烯酸甲酯基體上,即只采用一個步驟就將鈦酸正丁酯的醇解和甲基丙烯酸甲酯與乙烯基三甲氧基硅烷的共聚同時完成。實驗結果表明溶劑熱一步法中二氧化鈦以共價鍵的方式連接入聚合物基體中,且為銳鈦礦型,顆粒大小在5-6nm左右并在聚甲基丙

4、烯酸甲酯基體中均勻分散。不同含量鈦酸正丁酯的復合材料的透光率都達到了80％以上。當鈦酸正丁酯含量為50.00wt%時,折光率可以達到1.839(633nm)。同時二氧化鈦的引入有利于提高材料的耐熱性能和抗紫外性能。
　　其次,實驗嘗試了以正丙醇鋯為前驅體,同樣以乙烯基三甲氧基硅烷為共聚單體,采用溶劑熱一步法使得二氧化鋯以原位的方式連接到聚甲基丙烯酸甲酯基體上。由于正丙醇鋯的活性較強,實驗中還采用了乙酰丙酮作為穩(wěn)定劑,通過其與鋯金屬

5、的螯合作用,將二氧化鋯無機顆粒進行包覆,從而防止二氧化鋯發(fā)生團聚。實驗結果表明正丙醇鋯水解后先生成氯氧化鋯ZrOCl2?8H2O,而經過高溫退火處理后氯氧化鋯 ZrOCl2?8H2O生成非晶的ZrO2。所制得的復合材料有著良好的成膜性,所制備的復合薄膜透明,透光率大于85%。在正丙醇鋯質量百分數為29.58 wt%時,折光率可以達到1.680(633nm),同時,二氧化鋯的摻入并不會影響聚甲基丙烯酸甲酯熱性能上的使用。
　　最后,

6、實驗中嘗試將折光率非常高的單質硅粉添加入到聚甲基丙烯酸甲酯聚合物基體中。實驗中通過超聲將單質硅粉(商業(yè)用)進行分散,并使用乙烯基三甲氧基硅烷對硅粉進行包覆。最后將其添加到甲基丙烯酸甲酯單體中,采用溶劑熱的方法進行聚合。通過表征,單質硅粉直徑集中在100nm左右。密度小且為多孔硅,比表面積大,可以進一步提高折光率。所旋涂得到的不同硅含量的PMMA-VTMO/Si薄膜透光率可以達到80%以上。所制備得到的復合薄膜在單質硅的質量百分數為3×1