聚合物-SiO-,2--TiO-,2-雜化纖維材料的研究.pdf

1、有機(jī)/無機(jī)雜化材料克服了單一材料和傳統(tǒng)復(fù)合材料性能上的缺陷，它兼具有機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)(如韌性、延展性和易加工性等)及無機(jī)材料的的優(yōu)點(diǎn)(如剛性、高熱穩(wěn)定性和特殊的光電磁性能等)，因而其制備受到人們的廣泛關(guān)注。有機(jī)/無機(jī)雜化纖維是有機(jī)/無機(jī)雜化材料中的一類，目前國內(nèi)外對(duì)雜化纖維的研究報(bào)道較少，制備力學(xué)、熟學(xué)及光學(xué)性能優(yōu)良的雜化纖維的研究正逐步引起人們的關(guān)注。本論文用溶膠-凝膠法制備了多種SiO2-TiO2雜化纖維材料，研究了雜化和聚合機(jī)理、形貌

2、、結(jié)構(gòu)和性能。具體研究?jī)?nèi)容如下： 1.以正硅酸乙酯(TEOS)為原料，采用溶膠，凝膠法制備了硅溶膠，探討了影響硅溶膠可紡性的各種因素及制備SiO2纖維的最佳反應(yīng)條件，并采用FT-IR、光學(xué)顯微鏡及XRD等對(duì)SiO2纖維結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了分析。溶膠的可紡性受水硅摩爾比，酸硅摩爾比，催化劑種類及反應(yīng)溫度的影響。溫度升高，溶膠的可紡性降低；使用HCl作催化劑，水硅摩爾比為1.5，酸硅摩爾比為0.03時(shí)溶膠的可紡性最好，所得SiO2纖維為

3、無定形，直徑約為50μm，其透明度和均勻程度都比較好。研究?jī)?nèi)容為制備無定形SiO2纖維和制備熱學(xué)性能、光學(xué)性能改進(jìn)的雜化纖維提供依據(jù)。 2.以TEOS為原料，用溶膠-凝膠方法，在PMMA存在下制備了PMMA/SiO2雜化纖維，并用原位聚合法制備了PBMA/SiO2雜化纖維。通過FT-IR、SEM、TGA及DSC等分析手段，探索其雜化機(jī)理，研究?jī)煞N雜化纖維的形貌、結(jié)構(gòu)與性能。雜化纖維中，聚合物與SiO2之間形成化學(xué)鍵；兩種雜化纖維

4、直徑分別為160μm和80μm左右，有機(jī)無機(jī)相間形成均一的連續(xù)相，表面光滑，尺寸均勻，透明度較好：耐熱性能均優(yōu)于純聚合物。PBMA/SiO2雜化纖維具有更好的柔性。 3.以TEOS和鈦酸四丁酯(TBT)為前軀體，采用溶膠-凝膠法和提拉法制備了PMMA/SiO2-TiO2、PBMA/SiO2-TiO2雜化纖維。研究了它們的形貌、結(jié)構(gòu)與性能，聚合物與SiO2-TiO2之間通過化學(xué)鍵連接；兩種SiO2-TiO2雜化纖維的直徑分別為15

5、0μm和50μm左右；有機(jī)無機(jī)相間形成均一的連續(xù)相：隨TiO2含量的增加，雜化纖維的紫外透過率不斷降低，熒光發(fā)射峰的強(qiáng)度不斷增加。TiO2的引入使雜化纖維具有熒光發(fā)射性能，并對(duì)紫外線具有有效的屏蔽作用，減緩雜化材料的老化。研究結(jié)果對(duì)于研制開發(fā)新型光電纖維材料具有重要意義；同時(shí)為硅鈦體系雜化纖維材料的制備提供了理論依據(jù)。雜化纖維的耐熱性能優(yōu)于純聚合物的耐熱性能。 4.采用溶膠-凝膠原位聚合法和靜電紡絲技術(shù)制備PBMA/SiO2雜化

6、電紡纖維，聚合物與SiO2之間通過偶聯(lián)劑(VTEOS)形成了共價(jià)鍵的連接；隨聚合物含量的增加，電紡產(chǎn)物由直徑為5μm左右的纖維變?yōu)槎丫墼谝黄鸬谋砻婀饣⒋笮〔痪念w粒；與純PBMA相比，雜化電紡纖維的熱分解溫度由260℃升高至348℃左右，熱穩(wěn)定性能優(yōu)良。 另外用靜電紡絲技術(shù)制備PVA/SiO2-TiO2雜化電紡纖維，無機(jī)相(SiO2-TiO2)與PVA之間主要通過分子間羥基鍵合形成雜化；纖維直徑為幾百納米。隨(SiO2-TiO

7、2)含量的增加，形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增多，纖維的直徑不斷增加，并出現(xiàn)彎曲和扭曲現(xiàn)象，甚至有帶狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。雜化纖維中納米TiO2對(duì)紫外線的有效屏蔽，可以減慢PVA/SiO2雜化材料的老化。與純PVA纖維相比，雜化電紡纖維的結(jié)晶度明顯降低，熱分解溫度由230℃升高至317℃左右，在酸性、中性和堿性條件下的疏水性和穩(wěn)定性增強(qiáng)。 5.以MMA、TBT為主要原料，采用溶膠-凝膠法制備了分散良好，無機(jī)相粒徑為5nm左右的PMMA/TiO2雜化材料

8、。雜化材料中無機(jī)網(wǎng)絡(luò)與高分子鏈之間以共價(jià)鍵相結(jié)合，相微區(qū)尺寸較小，有效的阻止了兩相間的相分離；雜化材料以非晶態(tài)形式存在。隨TiO2含量的增加，雜化材料的無機(jī)相尺寸增大，透光度下降，紫外透過率不斷降低。納米TiO2對(duì)紫外線的有效屏蔽，減緩了PMMA的光老化。與純PMMA相比，PMMA/TiO2雜化材料的熱分解溫度由270℃升高至300℃左右。應(yīng)用納米粒子對(duì)PMMA進(jìn)行改性，從而擴(kuò)大了PMMA的應(yīng)用范圍。研究結(jié)果為制備光學(xué)性能和熱性能優(yōu)良的