摘 要

有机无机杂化材料是一种在分子水平上均匀分散的多相材料，它可以将有机聚合物和无机聚合物的性能优势糅合，取长补短。它可以通过无机材料分子来对有机聚合物进行改良，也可以用有机物分子来改善无机材料。可以通过调节有机分子与无机分子的比例进行组装，对性能进行调节从而获得理想的材料。

本课题基于溶胶-凝胶法制备PMMA/SiO₂有机无机杂化薄膜，并调节各关键组分的摩尔比，以此来寻求能制备出合格的PMMA/SiO₂有机无机杂化薄膜的制备方法。实验发现，体系中过多的SiO₂会使PMMA/SiO₂有机无机杂化薄膜变得不透明，过少的偶联剂会使薄膜容易出现裂纹而过多的偶联剂则会使薄膜无法固化成型。

此外,根据实验室条件拟出测定抗热冲击性能的实验方案，对各体系所制备的PMMA/SiO₂有机无机杂化薄膜进行抗热冲击性能测试，并统计分析抗热冲击性能和薄膜各组分之间的关系，试图寻找具备最佳抗热冲击性能的PMMA/SiO₂有机无机杂化薄膜的组分比例。在本文所探讨的几种体系中，当SiO₂、γ-MPS、MMA三种物质的摩尔比为2：2：4时，PMMA/SiO₂有机无机杂化薄膜展现出最佳的抗热冲击性能。

通过调节“有机相”和“无机相”的比例提高PMMA/SiO₂有机无机杂化材料的抗热冲击性能，可以在不增加生产成本的情况下拓展材料的应用范围，使其在更广泛的领域中发挥作用。

关键词：PMMA/SiO₂有机无机杂化薄膜；抗热冲击性能；溶胶-凝胶法；组分比例

Abstract

Organic-inorganic hybrid material is a kind of well-distributed material,which haves the advantages of both organic polymer and inorganic polymer.We can regard them as organic polymer modified from inorganic polymer or inorganic glass modified from organic polymer.We can trim and assemble them by adjust the ratio of organic phase and inorganic phase.

The first goal of this project is to make the film of PMMA/SiO₂ organic-inorganic hybrid material by Sol-gel process.And adjust the ratio of organic phase and inorganic phase to find some right ratio to make the film of PMMA/SiO₂ organic-inorganic hybrid material.It is found that too much SiO₂ makes the film opaque ,too little KH-570 makes the film crack easily and too muck KH-570 makes the film difficult to shape.

The second goal of this project is to draw up the experiment scheme according to the existing conditions,to test the PMMA/SiO₂ organic-inorganic hybrid film’s ability to thermal shock resistance.Then I recorded and sorted out these experimental data to attempt to find out the optimal proportion of the system.The best proportion of SiO₂、γ-MPS、MMA is 2:2:4 in my systems.

The research on heat-resistant hybrid polymer material in Chine is in its infancy.If we improve PMMA/SiO₂ organic-inorganic hybrid material’s ability to thermal shock resistance by adjust the ratio of organic phase and inorganic phase,then we can broaden it's field of application and make it work in a wider range of fields without increasing the cost of production.

Key Words: PMMA/SiO₂ organic-inorganic hybrid material; ability to thermal shock resistance; optimal proportion; Sol-gel proces

目录

第一章 绪论 1

1.1 有机无机杂化材料 1

1.2 PMMA/SiO₂杂化薄膜 1

1.2.1 PMMA/SiO₂杂化薄膜简介 1

1.2.2 溶液-凝胶法 2

1.2.3 抗热冲击性能 3

1.3技术方案 4

1.3.1 仪器与试剂 4

1.3.2 制备方法 4

1.3.3 调节各组分浓度 5

1.3.4 抗热冲击性能的测定 5

第二章 PMMA/SiO₂杂化薄膜的制备 7

2.1 PMMA/SiO₂杂化反应机理 7

2.2 TEOS溶胶的制取 8

2.3 PMMA/SiO₂杂化薄膜的制备 9

2.4 调节组分浓度并制膜 9

2.5 对溶胶体系的分析 11

第三章抗热冲击性能的测定 13

3.1 抗热冲击性能测定实验 13

3.2 空冷条件下的薄膜抗热冲击性能测定 13

3.3 水冷条件下的薄膜抗热冲击性能测定 14

3.4 抗热冲击性能测试实验的结果分析 15

3.4.1 对失效形式的分析 15

3.4.2 对薄膜抗热冲击性能的分析 17

第四章 总结 18

参考文献 19

第一章 绪论

1.1 有机无机杂化材料

有机无机杂化材料是一种在溶液-凝胶法的基础上发展起来的，介于有机聚合物与无机聚合物之间的新型复合材料。有机-无机杂化材料已经成为当前材料科学的研究热点之一。

有机无机杂化材料是一种在分子水平上均匀分散的多相材料，它可以将有机聚合物和无机聚合物的性能优势糅合，取长补短，进而提高材料在各方面的性能。它可以被看作是用无机材料分子改良后的有机聚合物，也可以被看作是用高聚物分子改善的无机材料。可以通过调节有机分子与无机分子的种类和比例来对各种材料的特性进行“组装”，从而实现对有机无机杂化材料的性能的调节。

最早的有机聚合物-SiO₂的杂化材料出现在1980年左右,但那个时候还没有有机无机杂化材料的概念, 人们也没有意识到它有着有特殊的性能与实际应用意义。1984 年,Schmidt等人^[1]首先提出了有机-无机杂化材料的概念。其有机相可以是塑料、纤维、橡胶等高分子材料; 无机相可以是金属、氧化物、陶瓷、半导体等^[2]。有机-无机杂化材料的研究已有30 年,这些材料的形态和性能可在很大范围内变化,既可以是通过掺杂少量的无机组分得到无机粒子改性的有机聚合物,也可以是少量有机成分改性的无机玻璃,在力学、热学、光学、电磁学和生物学等方面具有许多优异的性能^[3]。21世纪以来，作为新型的功能材料,有机-无机杂化材料的研究方兴未艾,在光学材料、电学材料、涂层材料、催化材料、磁性材料、生物材料等方面各应用领域已显示了强大的功能优势。但是，目前国内对耐热有机无机杂化材料的研究还处于起步阶段，研究亟待深入^[4]。

1.2 PMMA/SiO₂杂化薄膜