功能性TiO2纳米粒子的合成及对聚甲基丙烯酸甲酯物理性能的影响
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国家自然科学基金资助项目(51890872)


Synthesis of Functional TiO2 Nanoparticles and Its Effects on Physical Properties of Polymethyl Methacrylate
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    摘要:

    由水热反应法合成了二氧化钛(TiO2)纳米粒子,以“Grafting-onto”的方式对TiO2进行接枝改性,合成了带有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)长链的TiO2纳米粒子(M-TiO2)。红外光谱与热重分析结果表明,TiO2表面成功接枝了PMMA的长侧链,且PMMA接枝密度为0.042 nm-2。随后,将不同表面修饰的纳米粒子与PMMA进行熔融共混,发现相较于纯TiO2,改性后的TiO2纳米粒子在PMMA中分散性更好,在扫描电镜与透射电镜中没有观察到明显的团聚现象。通过透光率/雾度测试表征,发现当添加5%未改性 TiO2时,复合材料光学性能较差(透光率83.7%,雾度为15.99%);而添加相同量 M-TiO2,复合材料的透光率和雾度与纯PMMA相近(透光率90.0%,雾度4.96%),折射率可由1.487提升至1.524,且其力学性能和热稳定性也明显改善。这为制备兼具有高机械与折射性能的有机无机杂化纳米复合材料提供了一种新的可靠途径。

    Abstract:

    Herein, titanium dioxide (TiO2) nanoparticles were prepared via hydrothermal method. Functionalized TiO2 nanoparticles (M-TiO2) with quantitative polymethyl methacrylate (PMMA) branches were synthesized using "grafting-onto" strategy. FT-IR and TGA results exhibit that TiO2 surface is successfully grafted with long side chains of PMMA, and the PMMA graft density is 0.042 nm-2. Subsequently, TiO2 nanoparticles with or without PMMA branches were compounded with PMMA matrix by melt blending. Compared with pure TiO2, the M-TiO2 has better dispersion in PMMA, and no obvious agglomeration is observed under SEM and TEM. Through the transmittance-haze characterization, it is found that the optical performance of PMMA composite with 5% barren TiO2 is poor (transmittance: 83.7%, haze: 15.99%). With the same loading level of M-TiO2, the transmittance and haze of resultant composite (transmittance: 90.0%, haze: 4.96%) are very close to the bulk PMMA, and the refractive index can be improved from 1.487 to 1.524. Besides, the mechanical properties and thermal stability of PMMA/M-TiO2 nanocomposites are also improved significantly. This provides a novel and reliable way for the preparation of organic-inorganic hybrid nanocomposites with high mechanical performance and excellent optical refractive properties.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

顾晓英, 胡灵敏, 傅志昂, 徐慧慧, 李勇进, 颜德岳.功能性TiO2纳米粒子的合成及对聚甲基丙烯酸甲酯物理性能的影响[J].高分子材料科学与工程,2021,37(1):1-7.

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