基于有机-无机杂化膜特性调控的微米/纳米复合粒子界面聚并机理研究

采用活性可控自由基聚合的方法制备分子链段可控、含功能性官能团的系列乙烯基有机硅氧烷－丙烯酸酯共聚物，再从分子和纳米粒子在界面上组装的形貌和结构入手，研究共聚物与正硅酸乙酯协同水解而在微米铝粉粒子表面生长成有机-无机杂化纳米膜的动态过程，探明微米粒子与纳米粒子进行复合的聚并机理，得到微纳米粒子表面微观形貌结构特征、有机-无机杂化聚并层特性与复合粒子功能特性三者之间关联规律，为微米/纳米复合粒子的设计和研制提供基础数据和理论依据。

项目按照原定计划顺利完成。研究了正硅酸乙酯和有机树脂等单独或协同水解缩聚而在微米铝粉表面组装纳米级的有机/无机包覆层，得到微米/纳米复合粒子这一过程，探究微纳米粒子微观特性、纳米膜微观特性和微米/纳米复合粒子功能特性三者之间相互关联规律。. 首先采用原子转移自由基聚合法制备了羟基丙烯酸酯树脂——三元共聚物P(MMA-BA-HEMA)，首次研究了三元共聚物的ATRP的动力学机理。对微米铝粉粒子表面进行酸或酸醇表面活化研究，发现酸醇溶液可以将微米铝粉表面的活性羟基完全活化出来，再采用羟基丙烯酸酯树脂包覆，得到的铝粉复合粒子具有优异的涂膜附着性。采用正硅酸乙酯的溶胶－凝胶法进行纳米SiO2与铝粉粒子的复合，通过控制正硅酸乙酯的水解速率、活性硅酸在铝粉粒子表面的吸附速率及缩合速率之间的相对大小，从而控制SiO2以膜沉积的方式对铝粉进行包覆，得到均匀致密的包覆膜。在此基础上，采用甲基三乙氧基硅烷与正硅酸乙酯进行协同水解缩聚对铝粉表面进行有机无机杂化包覆，所形成的杂化纳米层由于其致密性和表面甲基的疏水性，表现出很好的抗腐蚀性。在合成系列乙烯基有机硅氧烷－丙烯酸酯聚合物的基础上，采用乙烯基有机硅氧烷－丙烯酸酯树脂与正硅酸乙酯协同水解－缩聚，并与铝粉粒子进行组装形成有机无机杂化纳米膜/铝粉的微纳米复合粒子，得到的复合粒子，由于其表面的纳米膜致密光滑，既有很好的抗腐蚀性能，又保持了铝粉的闪光光泽性，同时表面纳米膜的聚合物链段能与闪光涂料树脂好的相容性，显著提高了铝粉的涂膜附着性。. 采用有机无机杂化纳米膜包覆铝粉，不仅为微/纳米复合物粒子的制备提供了一条新的途径，在实现金属铝粉粒子包覆技术的创新同时，解决了铝粉应用中抗腐蚀性、金属光泽度和涂膜附着性存在的问题，能推动水性金属颜料和汽车涂料工业的发展，而且研究成果能为微米/纳米复合粒子的设计和研制提供基础数据和理论依据，故本项目在应用前景和科学意义上都有重要的指导意义。