核壳结构纳米TiO2/PU/PMMA复合材料制备及其光催化性能研究

1.3核壳结构纳米TiO2/PU/PMMA复合材料的光催化性能实验

1.3.1HCHO标准吸收曲线的绘制

HCHO溶液经乙酰丙酮显色后测其最佳吸收波长，见图1。再在412nm波长［12］处测定吸光度。以HCHO含量为纵坐标，以相应的吸光度为横坐标，绘制乙酰丙酮-HCHO标准曲线，见图2。

1.3.2光催化降解HCHO实验

以降解低浓度HCHO溶液来评价核壳结构纳米TiO2/PU/PMMA复合材料涂膜的光催化活性。光催化降解装置由Luv紫外老化实验箱改装而成，该封闭反应器（15cm×15cm×4cm）由石英玻璃制成，取300mL浓度为7mg/L的HCHO溶液，在反应器底部涂上一层均匀的涂膜，涂膜与光源垂直，且光源中心距涂膜表面为10cm，具体反应装置如图3所示。光源为60W的紫外灯，光照时间为2h。采样后准确吸取5mL样品溶液于10mL比色管中，按绘制标准曲线的操作步骤测定吸光度。将测得的吸光度与标准曲线作对比，便可计算溶液中HCHO的降解率。

2结果与讨论

2.1改性纳米TiO2的性能评价

分别用水和无水乙醇作分散介质，测试改性纳米TiO2的分散性能。先分别加一定量水和无水乙醇于试管中，再取上述4种方法改性的目数相同的纳米TiO2 0.2~0.3mg投入其中，考察沉降性能，结果见表1。

表1改性纳米TiO2沉降试验结果

Table1Sedimentation test results of modified nano- TiO2

由表1可见：除用钛酸酯和无水乙醇改性所得产物的改性效果较差外，采用另外几种改性方法所得产物的分散性都有一定程度的提高，尤其是在二甲苯中用KH-570改性的纳米TiO2，在两种介质中都具有相当好的分散性与一定的稳定性，改性效果良好。这是因为：改性后的纳米TiO2微粒表面存在大量的烷氧基，即疏水基团增加，降低了其与介质分子的氢键作用，增大了其疏水作用，有利于在水中的分散，并阻断了其在水中的团聚趋势，提高了改性纳米TiO2微粒在介质中的稳定性；无水乙醇和KH-570改性的纳米TiO2效果相对较差，是由于无水乙醇易通过氢键吸附在纳米TiO2表面，KH-570易与乙醇反应，降低了对纳米TiO2的改性效果；而无水乙醇和钛酸正丁酯改性的纳米TiO2，不论是分散性还是稳定性都较差，主要原因为钛酸正丁酯易与乙醇反应生成TiO2，导致改性失败；用硬脂酸、KH-570改性纳米TiO2，由于硬脂酸易吸附在其表面，外层被十八烷基包覆，形成强烈疏水作用，导致改性体浮于液面上方不易分散，且明显强于烷氧基的疏水作用。综合考虑：选用KH-570于二甲苯介上质中改性的纳米TiO2效果较好。由上可见，改性剂的疏水基不易太强，否则不易在极性介质中分散，导致相分离。

2.2核壳结构纳米TiO2/PU/PMMA的透射电镜分析

图4为核壳结构纳米TiO2/PU/PMMA粒子的透射电镜图。

图4核壳结构纳米TiO2/PU/PMMA粒子的透射电镜图

Figure4 The TEMpictures of nano- TiO2/PU/PMMA

Particals with core/shell structure

纳米TiO2粒子经表面改性后，采用强力超声，使其分散在水性聚氨酯乳液中，再采用原位种子乳液聚合，可合成实验设计的目标产物。由图4-a可见：核壳结构的中心具有明显的晶格条纹，为纳米TiO2所致，核的次外层主要为聚氨酯，最外层为聚甲基丙烯酸甲酯［7］。ZetaSizer3000HSA粒度仪测定其平均粒径在100nm左右。图4-b表明了核壳结构为多层结构。由图4-c可见：核壳两相界面处存在清晰的晶格条纹，表明核壳两相存在相渗透。可见纳米TiO2粒子结构本身不规则，在胶束中形成和长大时会形成镶嵌结构，即甲基丙烯酸甲酯在其表面聚合时会存在相互包埋的倾向，图4-a可以例证这一点，整个核壳结构仿佛是多个核壳结构经过一定作用力，形成中心核相互叠加的不规则结构。这可能因为在纳米TiO2异相成核时，即处在水性聚氨酯形成的胶束中时，不止一个纳米粒子被包覆在胶束中，在反应过程中由于外力作用，这些纳米粒子会形成各种不规则，甚至奇

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