纳米TiO2种子乳液聚合包覆的研究

2014-05-05李道玉

四川化工 2014年2期

李道玉

（攀钢集团研究院有限公司，四川攀枝花，617000）

纳米二氧化钛是具有屏蔽紫外线功能和产生颜色效应的一种透明物质。由于它透明性和防紫外线功能的高度统一，使得它一经问世，便在防晒护肤、塑料薄膜制品、木器保护、透明耐用面漆、精细陶瓷等多方面获得了广泛应用［1，2］。但未经表面处理的纳米TiO2具有易团聚及因颗粒表面具有亲水性，不能很好地分散在有机基质中［3，4］的特点。为了提高纳米TiO2颗粒在有机基质中的分散性，扩大其使用范围，需要对纳米TiO2进行有机表面改性。有机表面改性的处理方法，主要有表面活性剂法、偶联剂法和高分子聚合物包覆法［5－7］。其中高分子聚合物包覆法是通过在TiO2粒子表面包覆聚合物分子层，而产生了一种空间位阻斥力，从而减小了粒子间的范德华力的方法。这种方法与其他方法相比，更有利于提高TiO2在有机介质中的分散稳定性，增强无机颗粒与聚合物基体之间的相容性［8］。

本文在普通搅拌分散条件下，采用TiO2／甲基丙烯酸甲酯（MMA）及 TiO2／甲基丙烯酸甲酯（MMA）／苯乙烯（ST）乳液聚合技术，在 TiO2的表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲基丙烯酸甲酯－聚苯乙烯。实验发现，所使用的高分子材料在经过乳液聚合反应后均可包覆在TiO2表面，且可以发生部分的接枝包覆。利用该聚合方法可以使纳米TiO2得到纳米数量级稳定的分布，同时其在有机介质中的分散性能得到改善。

1 实验部分

1.1 原料和试剂

纳米TiO2，金红石型，粒径为20～40nm，攀钢集团生产；甲基丙烯酸甲酯，分析纯，天津市化学试剂研究所；苯乙烯，分析纯，成都科龙化工试剂厂；十二烷基磺酸钠，分析纯，成都科龙化工试剂厂；过硫酸铵，分析纯，成都金城化工试剂厂。

1.2 检测仪器

TEM：HITACHI H－600ELECTRON MICROSCOPE

IR：TENSOR 27型傅立叶变换红外光谱仪

1.3 实验具体操作

1.3.1 原位聚合方法对纳米TiO2包覆

称取纳米TiO2，在常温下低速搅拌，然后用分液漏斗滴加单体（甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯－苯乙烯混合物），滴加速度为1.2d／s，制成 TiO2、反应单体的混合液；恒温水浴锅加热水，升温至86℃，滴加引发剂，滴加速度为1.0d／s；滴加完后，在中速搅拌条件下，于86℃反应半小时后，再升温至90℃保温2小时，冷却至室温即可得到产品。

1.3.2 乳液聚合方法对纳米TiO2包覆

称取纳米TiO2，加水低速搅拌，然后称取乳化剂（SDS）加水完全溶解后，加入反应器中速搅拌15分钟。然后在常温下加大搅拌速率，用分液漏斗滴加单体（甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯－苯乙烯混合物），滴加速度为1.2d／s，将单体乳化，制成TiO2、SDS和反应单体的混合乳液；然后倒出2／3混合液，将剩下的1／3做为种子乳液；称引发剂（过硫酸铵）加水搅拌均匀；恒温水浴锅加热水，升温至86℃，滴加1／2的引发剂，滴加速度为1.0d／s；滴加完后，在中速搅拌条件下，于86℃反应半小时后，滴加剩余单体和剩余引发剂，再升温至90℃保温2小时，冷却至室温即可得到产品。