纳米粒子改性聚甲基丙烯酸甲酯的制备及应用

     纳米材料已成为当前材料科学和凝聚态物理领域的研究热点，被视为“21 世纪最有前途的材料”，纳米复合材料作为纳米材料一个重要部分受到人们很大关注。

     聚合物基纳米复合材料是近几年研究较多的纳米材料，其中，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）纳米复合材料的报道和研究受到人们的关注。PMMA 即有机玻璃［6 ］，它是一种无定形聚合物，其Tg = 150 C，尺寸稳定，透明、耐光，但有机玻璃制品的表面硬度不够高，耐磨性较差，在80 !90 C 以上便开始软化变形，这些缺陷限制了它的应用范围。高韧性亚克力经普通接枝、共聚等化学改性后得到的聚合物，通常只能单方面改善其某些性能，且改性后其自身性能会发生改变。为克服这些不利方面，可利用纳米粒子对PMMA 进行改性。改性后的复合材料的耐热性、机械强度和抗冲击性以及其它性能得到了提高，从而扩大了PMMA 的应用范围。

PMMA 纳米复合材料的制备方法

  乳液聚合法

     乳液聚合法是向聚合物链段中加入羧酸基团（!8 % ），在一定温度下，加碱中和，膨润并加以剪切，使颗粒表面部分聚合物逐步水溶化，高韧性亚克力制得超微粒子聚合物乳胶。如长谷川纯［7 ］用MMA 和丙烯酸乙脂（EA）加入丙烯酸系列单体中，再加入3 % !6 % 带有羰基的丙烯酸单体进行三元共聚，得到聚合物乳胶。目前，日本、欧洲等很多专利MMA与聚合物单体乳液聚合法制得纳米尺寸的微粒；国内谢志明［10 !13 ］用MMA、BA（丙烯酸乙酯）、EA（丙烯酸乙酯）和HEMA（甲基丙烯酸羟乙酯）等单体进行溶液共聚，制得粒径在100nm 以下的超微粒；侯有军等［14 ］也有报道；官国华［15 ］应用乳液法制得PMMA 有机蒙脱土纳米复合材料也取得很好的效果；张径［16 ］采用纳米粒子作为种子，进行PMMA 的乳液聚合制备了PMMA／Si O2纳米复合材料。乳液聚合法具有易散热、高速度、高分子量、安全等优点，是制备聚合物- 聚合物纳米材料的好方法。

溶液共混法

     溶液共混法是将基体聚合物高韧性亚克力 溶解于适当的溶剂中，然后加入纳米粒子，充分搅拌使纳米粒子分散混合均匀，除去溶剂聚合而得。CarotenutoC［17 ］将经表面改性后的纳米粒子掺混到聚合物溶液中得到PMMA／Si O2整体复合材料。结果表明，Si O2相当均匀地以纳米尺寸分布在基体聚合物中，此法的关键是在共混前要对纳米粒子的表面进行处理，常用的处理方法是添加表面改性剂，即分散剂、偶联剂等以改善纳米粒子的分散状况。

高韧性亚克力／金属纳米复合材料

     利用金属纳米粒子与聚合物复合可以制备具有导电性、自润滑、低磨耗的功能性纳米复合材料，如Conslaves K E［22 ］制备的PMMA／Au 材料；唐建国则制备了该类型的具有导电性的复合电极。

高韧性亚克力／氧化物纳米复合材料

     氧化物Ti O2、Si O2等纳米粒子和PMMA 复合后（可以使PMMA 达到增强、增韧，增加透光性等效果，井新利［24 ］、欧玉春、张超灿、Carotenuto 等都就Si O2改性PMMA 进行实验，制得了PMMA／Si O2复合材料。

PMMA／层状硅酸盐纳米复合材料

     聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料由于具有常规聚合物材料所没有的结构和形态，以及更优异的物理性能，如耐热性及气体、液体阻隔性等，故该复合材料发展很快，而蒙脱土的开发尤为引人注目。蒙脱土（MMT）片层厚约1nm，片层间通常吸咐一些阳离子，层间距一般随阳离子体积不同而变化。张径［26 ］用二次插层法使蒙脱土有机化，然后采用悬浮聚合法制备了PMMA／MMT 复合材料，实验只需加入3 % 的蒙脱土即可有效增加高分子链的交联点，又阻止了裂纹的扩展，从而增加了PMMA 的力学性性能；官国华等采用乳液聚合制备了PMMA／MMT纳米复合材料，性能优异，在经有机改性的MMT 含量为2 % 时，复合材料的Tg比纯PMMA 提高了31. 45 C。

     PMMA 是一种重要的高分子材料，用纳米材料改性后的复合材料除增强、增韧之外，其它方面诸如：透明性、易分散性、导电性、光学性能以及润滑性质等方面均有不同程度的增加、提高或改善。有望在先进的电子、航空航天、光电、精密机械、化工等领域应用。同是也应看到，目前在制备工艺、性能稳定性及价格实用方面还存有一些问题，且理论研究还不完善。为此应加大研究力度，开发出更好、更具有市场前景的PMMA 系列的纳米材料。