二氧化铈@聚硅氧烷核壳微球的制备与应用

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核壳微球是指在核微球的表面包覆一层或多层的有机或者无机壳层形成的具有核壳结构的复合球形颗粒。核壳微球因其独特的化学结构和几何形态、可控的尺寸及可设计的功能,具有许多优异的物理化学性能。本文首先通过水解-缩聚一步法制备了单分散性的聚硅氧烷微球,然后利用化学沉析法,用纳米CeO2对聚硅氧烷微球表面进行包覆,制备了单分散性的二氧化铈@聚硅氧烷核壳微球。该核壳微球为制备多功能复合材料提供了一个简单可行的途径。采用水解-缩聚一步法,以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)和苯基三甲氧基硅烷(PTMS)为原料分别制备了球形度良好、粒径分布窄的聚甲基硅氧烷(PMSQ)微球、聚乙烯基硅氧烷(PVSQ)微球和聚苯基硅氧烷(PPSQ)微球。并采用FT-IR、XRD、TG、SEM、粒径分布测试等方法对微球的结构、热稳定性、微观形貌、粒径大小及分布等进行了表征。研究发现:相同条件下制备的微球的粒径大小顺序为PPSQ>PVSQ>PMSQ,PMSQ和PVSQ微球的热稳定性好于PPSQ微球,微球的大小可以通过改变反应温度、催化剂和硅烷单体的浓度等条件进行调节。以自制的PMSQ微球为核,通过化学沉析法制备了单分散性的CeO2@PMSQ核壳微球,并运用FT-IR、XRD、XPS、SEM、TG、UV-Vis等测试技术对CeO2@PMSQ微球的结构、微观形貌、热稳定性、紫外吸收等进行了分析表征。结果表明:PMSQ微球表面完全被结晶尺寸约为8 nm的CeO2包覆,形成了完整的核壳结构;UV-Vis结果表明CeO2@PMSQ微球在紫外光区有强的吸收。然后采用溶液共混法将CeO2@PMSQ微球以不同的质量含量加到聚乙烯醇(PVA)基体中,制备了CeO2@PMSQ/PVA复合材料,并研究了CeO2@PMSQ微球的含量对复合材料性能的影响。当微球的含量为2.5 wt%时,复合材料对波长在200 nm-360 nm范围的紫外光的吸收高达80%,而在可见光区仍然保持较高的透过率;CeO2@PMSQ微球的加入提高PVA的热稳定性。采用溶液共混法,将CeO2@PMSQ核壳微球与有机硅进行复合制备了CeO2@PMSQ/有机硅复合材料。SEM分析结果显示,CeO2@PMSQ与有机硅树脂的界面模糊,表明CeO2@PMSQ与有机硅树脂相容性好。UV-Vis分析结果发现,当微球添加量仅为0.1 wt%时,其在800 nm处透过率仍然保持在72%,而在350 nm处的透过率仅为32%。
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