[包覆,研究进展,粒子]分散聚合法包覆无机纳米粒子的研究进展

1、分散聚合法包覆无机纳米粒子的研究进展无机纳米粒子具有突出的小体积效应，自身容易聚集,造成在高分子聚合物中分散不均， 从而影响纳米粒子与髙分子聚合物复合材料的力学性能或其他特种功能。运用髙分子聚合物 对无机纳米粒子进行包覆，一方而，可以通过大分子链的空间位阻在纳米粒子间架起间隔屏 障；列一方而，个性化的表而包覆层，可以使纳米粒子与髙分子基体之间的相互作用增强，有 利于纳米粒子在高分子基体中更好地分散。近年来，不少院校及科研单位利用乳液聚合对无 机纳米粒子表而进行了包覆研究，但是由于无机纳米粒子和聚合物之间的亲和性较差，寡聚 物或一次颗粒往往不是沉积在无机纳米粒子表而，而是独自形成不含无机纳米粒子

2、的高分子 微球；同时，由于乳液聚合过程体系不稳沱，聚合物特别容易发生凝胶现象，使包覆的无机纳 米粒子的分散性能比较差，影响了无机纳米粒子优良特性的有效发挥。而分散聚合的聚合过 程体系稳左性较好，可以解决乳液聚合包覆无机纳米粒子中所出现的问题，因此近几年来运 用分散聚合方法包覆无机纳米粒子引起人们的广泛关注。笔者对分散聚合包覆无机纳米粒子 的方法、特点、包覆机理及影响因素进行了综述，最后提出了目前分散聚合包覆无机纳米粒 子应把握的关键问题。1分散聚合法分散聚合是20世纪70年代由英国ICI公司最先提岀。严格意义上讲，分散聚合是 一种特殊类型的沉淀聚合，单体、引发剂、稳左剂都溶解在分散介质中，反应

3、开始前为均相 体系。随着反应进行，达到临界聚合度的聚合物从介质中析岀，借助稳立剂而悬浮在介质中， 并从连续相中吸收单体和自由基，形成被单体溶胀的稳泄的核，继续进行反应，最终形成粒 径呈单分散性的微球。分散聚合法包覆无机纳米粒子其实就是无机纳米粒子被高分子低聚物所缠绕、包覆直至 成球的过程。包覆过程中，初始体系是均一相，无机纳米粒子均匀地分散在单体的均一相中， 随着聚合的进行，聚合物在体系中的溶解度降低，从均一相中析出而被吸附在无机纳米粒子 表而，无机纳米粒子表而的聚合物进一步吸收单体而聚合，最终将无机纳米粒子包覆。2分散聚合法包覆无机纳米粒子的原理分散聚合包覆无机纳米粒子和普通分散聚合的区别在

4、于无机纳米粒子的加入，使无机纳 米粒子存在下的分散聚合机理不同于普通的分散聚合机理。关于分散聚合的理论研究尚处于 刚刚起步阶段，从事这个领域的研究者们从不同角度提出了某些简单的机理和模型。英中比 较有影响的理论有2种：一种是由Lu等人提出的齐聚物沉淀机理;另一种是由Lok等人 提出的接枝共聚物聚结机理。前者认为，分散聚合主要是以齐聚物沉淀成核机理进行的，同 时稳左剂的接枝共聚物也参与成核过程;整个反应过程中，稳定剂的接枝共聚物与稳定剂分 子共同起到稳立聚合物颗粒的作用，其中稳龙剂分子通过范徳华力物理吸附到粒子表面上， 对粒子起稳立作用。这种物理吸附由于附着力弱，属于可逆吸附，介质可以将吸附在表

5、而的 稳左剂分子从粒子表而冲刷下来。而后者认为，稳龙剂的接枝共聚物在粒子表而的吸附是通 过化学键合的锚接吸附，介质不能将稳左剂从粒子表而冲刷下来，故称为不可逆吸附。3影响因素由分散聚合包覆无机纳米粒子的机理可以看岀：分散聚合法包覆无机纳米粒子的关键在 于聚合物和纳米粒子的亲和性以及无机纳米粒子在有机溶剂中的较好分散性。3.1温度温度对分散聚合包覆无机纳米粒子的影响是多方而的，主要体现在：温度升高，连续相 中聚合物的临界链长变大;引发剂分解速度提高，生成自由基的增长速度加快，反应中心的数 量增加;还可以导致无机纳米粒子对分散剂的吸附能力下降，粒子的稳立性降低，粒子之间互 相聚集，不能形成分散性良

6、好的无机纳米粒子高分子复合粒子。3.2引发剂用量分散聚合中大都采用汕溶性引发剂，应用最多的是过氧化苯甲酰(BPO)与偶 氮二异丁腊(AIBN)。文献指出：分散聚合过程中，引发剂及自由基的浓度增大，导致低 聚物产生;而引发剂量太少，则无法在无机纳米粒子表面包覆完全，得不到完整的复合粒子。 文献还研究了引发剂对磁性复合粒子外观形态的影响：引发剂用量增加,磁性微球粒径增加， 固含量增加。原因主要是在较高的引发剂浓度时， 由于达到临界相对分子质量的低聚物链浓 度较低， 聚合过程中产生的核少，最终的聚合物颗粒数少，颗粒粒径就大。3.3单体的种类和用量分散聚合采用的单体可以是油溶性的，也可以是水溶性的，常

7、用的是St、甲基丙烯酸甲 酯。通常而言，运用分散聚合包覆无机纳米粒子的过程中，在一上范用内，随着单体用疑的 增加，所得复合粒子粒径增大，即包覆层厚度逐渐增加，但并不呈线性关系;但是单体用量达 到一定值后，粒径分布不均匀，同时体系中会有大量聚合物独立粒子存在。3.4稳定剂的类型和用量一般来讲，有机物与无机物之间亲和性较差，特别是无机纳米粒子分散体系与有机物的 结合更加困难。因此，在分散聚合中，稳定剂的作用至关重要，它关系到能否形成单分散的 髙分子无机纳米粒子复合粒子，以及聚合粒子之间是否有黏连等。3.5包覆时间在分散聚合包覆无机纳米粒子的过程中，聚合时间也是很重要的影响因素。包覆时间过 短，复合

8、粒子平均粒径较小，同时大多数单体并没有完全发生聚合反应生成聚合物，所生成 的产物数目较少;包覆时间过长，多余的单体继续发生聚合反应附着在无机纳米粒子表而，造 成复合粒子平均粒径增大，并且使英形貌发生变化。4分散聚合包覆无机纳米粒子应把握的关键技术由上述分析可知，运用分散聚合包覆无机纳米粒子的关键在于如何提高无机纳米粒子和 聚合物的亲和性，而且无机纳米粒子在分散介质中分散性应比较好。如何使聚合在无机纳米 粒子表面上进行，通常可以采用的措施是：使引发剂吸附在无机纳米粒子表而，从而使聚 合反应只能在无机纳米粒子表面产生;采用稳左剂处理无机纳米颗粒表而，使聚合反应比 较容易在无机纳米粒子表面进行。如何使无机纳米粒子在分散介质中分散性比较好，通常可 以采用的方法是：采用超声波分散技术;用偶联剂、分散剂等对无机纳米粒子表而进行改 性。5展望尽管采用分散聚合方法包覆无机纳米粒子的研究越来越引起人们的关注，但是包覆无机 纳米粒子仍是非常困难的课题。与高分子包覆髙分子复合粒子相比