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超声波处理技术在纳米材料合成方面的应用研究随着科学技术的不断发展，纳米材料已经成为了材料科学以及许多其他领域中的热门话题。
纳米材料具有许多重要的性质，如高度的化学反应性和比表面积、传热和传质性能等。
因此，人们对纳米材料合成方法的研究也日趋重要。
在这种趋势下，超声波处理技术已成为一种强有力的纳米材料合成方法，引起了越来越多的关注。
一、纳米材料合成的传统方法和其局限性在传统的合成方法中，一般采用化学还原、后混合法、气相沉积等方法。
化学还原法是将金属离子还原为金属粒子，这种方法在纳米颗粒合成中被广泛使用。
气相沉积法是通过在高温高压条件下，使金属晶体在保护气氛中沉积在基底上，形成薄膜或纳米颗粒。
虽然这些传统的方法在纳米材料的合成中已经被广泛采用，但是它们存在着一些限制。
比如，对于某些高熔点的金属，它们只能沉积出粗糙的表面，不能产生均匀的薄膜或颗粒。
而且，传统的方法需要长时间的反应时间，这就需要耗费大量的能源和材料。
所以，传统的方法在实践中存在一些局限性。
二、超声波处理技术的基本原理超声波处理技术（Ultrasound-Assisted Processing）是一种通过超声波作用在反应体积中来促进化学反应的技术。
它利用超声波的机械作用和声水力作用来实现快速反应和高效能量转换。
其基本原理是。
在反应中液体或气体中，声波可以引起物质的机械振动和小的涡流，并使反应物贴近到分子量级的距离。
这样，能提高反应速率，并且产生稳定的混合反应能力。
而且，超声波具有高能量密度，使能量得到快速传递，能够在短时间内完成反应。
三、超声波处理技术在纳米材料合成方面的应用超声波处理技术在纳米材料合成中的应用也有许多。
超声波振动可以增强反应体系中的传质过程，并且可以在短时间内实现纳米颗粒的表面修饰。
在纳米颗粒的制备中，超声波往往能够起到迅速助溶以及促进反应的双重作用，从而大大提高反应效果。
甚至在有些情况下，超声波的作用可以使反应时间缩短至十几秒钟或几分钟。
超声辅助合成材料的研究及其应用超声是指波长小于20kHz的声波，它是一种具有高强度、高功率、高密度能量的物理能量。
近年来，在材料科学领域，超声已被广泛用于材料加工和材料改性。
超声辅助材料合成是一项利用超声波的能量来增强材料的反应速度、提高反应效率和产物品质的技术。
本文将探讨超声辅助合成材料的研究进展及其应用。
一、超声辅助合成材料的机理声波的传播是由压缩波和拉伸波所组成的，当超声波作用于反应体系时，它能够产生一系列的效应，包括涡流、湍流、破碎和折叠等，这些效应可以使物质分子之间的距离缩短，分子之间的相互作用增强，从而提高反应速度和产物品质。
1. 涡流效应涡流是指超声波作用下产生的流体旋转运动，它可以使反应物分子之间的相互作用增加，从而促进反应的进行。
2. 湍流效应湍流是指流体中的流动变得不规则和混乱，这种混乱的运动可以增加分子之间的相互作用，加快反应的进行。
3. 破碎效应超声波的波动作用下，一个粒子在介质中运动时会受到压缩和拉伸力的作用，这种力的作用可以使粒子表面的结构发生断裂，同时也可以使分散状态的颗粒聚集成块，形成新的反应体系。
4. 折叠效应超声波的作用可以使反应体系中的物质发生起伏运动和折叠运动，使物质分子的受力变化，从而改变分子的构型，影响反应的速度和效果。
二、超声辅助合成材料的应用在材料科学领域，超声辅助合成材料已被广泛应用于缩短反应时间、提高反应效率、改善产物质量等方面。
下面分别从树脂、陶瓷、金属三个方面来探讨超声辅助合成材料的应用。
1. 超声辅助树脂固化树脂是一种重要的高分子材料，在制备复合材料、模型制作、涂料涂装等领域有着广泛应用。
在树脂固化过程中，超声波可以增加固化剂分子之间的碰撞频率，加快反应速度。
同时，超声波还可以使反应溶液中的气泡消除，防止在固化过程中产生孔洞，提高了固化剂和树脂的固化效率和品质。
2. 超声辅助陶瓷制备陶瓷是一种耐高温、耐腐蚀、硬度高的非金属材料，广泛应用于航空、电子、汽车等高技术产业。
超声波在纳米材料合成中的应用研究随着纳米科技的迅猛发展，纳米材料合成成为了现代材料科学领域中的重要研究领域。
在众多的合成方法中，超声波合成技术因其高效、环境友好和成本低廉的特点，逐渐成为了纳米材料合成领域中备受关注的重要手段。
本文将探讨超声波在纳米材料合成中的应用研究，并深入剖析其原理和优势。
首先，我们来了解一下超声波在纳米材料合成中的原理。
超声波合成技术是利用超声波在液体中的传播和辐射能力，通过控制超声波参数来促进反应物质的混合、溶解、聚合等过程，从而实现纳米材料的快速合成。
超声波在液体中传播时，会产生强烈的液体剪切力、压力和热能，并引起局部液体波动和涡流，从而提高反应速率和降低反应温度。
此外，超声波还能破坏粒子聚集体，使得反应体系更加均匀，有助于合成纳米级材料。
超声波在纳米材料合成中具有独特的优势。
首先，超声波合成技术能够提高反应速率和降低反应温度，这在纳米材料合成中尤为重要。
由于纳米材料的合成过程通常是一个复杂的化学反应过程，传统的热合成方法往往需要高温条件和较长的反应时间。
而超声波合成技术可以在较低的温度下实现快速反应，避免了高温引起的副反应和杂质形成，有利于合成高纯度的纳米材料。
其次，超声波在液体中的波动和涡流能够破坏粒子聚集体，使反应体系更均匀，有助于纳米材料的尺寸和形貌的可控合成。
此外，超声波合成技术还拥有设备简单、操作方便、成本低廉的特点，适用于大规模制备纳米材料。
超声波在纳米材料合成中的应用研究非常广泛。
一大类纳米材料合成方法是超声波辅助溶胶-凝胶法。
通过超声波的辐射和共振效应，促进溶胶-凝胶过程中的凝胶体形成和纳米晶体生长，从而实现纳米材料的制备。
此外，超声波还可以用于纳米材料的溶解和表面修饰。
通过超声波的剪切力和局部加热效应，可以高效地将纳米结构添加到溶液中，并将其均匀分散。
此外，超声波还可以用于纳米材料的聚合和修饰。
通过超声波的机械刺激和能量输入，可以改变纳米材料的物理和化学性质，实现纳米材料的定向生长和表面修饰。
超声波技术在材料科学中的应用研究随着科学技术的不断发展，超声波技术在材料科学领域得到了广泛的应用。
超声波是指频率超过20kHz的声波，它具有高能量、高频率、高速度等特点。
在材料科学中，超声波技术可以用于材料的制备、表征和加工等方面。
本文将从材料制备、材料表征和材料加工三个方面，介绍超声波技术在材料科学中的应用研究。
一、超声波在材料制备中的应用材料制备是材料科学研究的重要方向之一。
超声波技术可以通过促进化学反应、增强机械运动和形成小气泡等作用，改善材料的性能和品质，实现高效、节能、环保的材料制备方式。
在纳米材料制备方面，超声波技术可以通过高强度声波场的各种效应，促使物质分散、聚集和形成聚集体，实现高效的纳米材料制备。
例如，超声波与聚合物交联反应相结合，可以制备出具有高稳定性和高分散度的纳米复合材料。
同时，超声波还可以促进纳米粒子的分散和表面修饰，从而改善材料的表面性能和生物相容性。
在合金材料制备方面，超声波技术作为一种热机械加工工艺，可以通过高强度声波场的作用，实现高速冷却和表面改性。
例如，超声波振动可以使熔体中的晶粒尺寸减小和均匀分布，从而有效提高材料的强度和塑性。
同时，超声波还可以促进材料的晶界清晰化和密度增加，改善材料的耐腐蚀性和热稳定性。
总的来说，超声波技术在材料制备中的应用，不仅可以提高材料的质量和性能，而且可以减少成本和能耗，具有广泛的应用前景。
二、超声波在材料表征中的应用材料表征是材料科学研究的重要手段之一。
超声波技术可以通过测量材料的声学性质，获得材料的物理参数和结构信息，为材料的性能评估和分析提供可靠的依据。
在材料弹性学方面，超声波技术可以通过测量材料的纵波和横波速度，获得材料的泊松比、刚度系数和弹性模量等物理参数。
例如，声速法、超声共振法和声光法等超声波技术，可以快速、非破坏性地测量材料的弹性性能，提高材料的检测效率和精度。
在材料质量检测方面，超声波技术可以通过测量材料的声反射、衍射和散射等声传播现象，评估材料的缺陷和内部结构。
超声波技术在材料改性中的应用研究超声波技术是一种高频波传播的物理现象，它能够在材料中产生高频振动，并对材料的性质进行改变。
因此，超声波技术被广泛应用于各种领域，如医学、工程、材料科学、生物学等等。
本文将重点介绍超声波技术在材料改性中的应用研究。
超声波对材料的作用机理超声波是一种高频声波，其频率范围通常在20 kHz至1 MHz之间。
当它在材料中传播时，可以使材料内部的分子或离子发生高频振动，产生局部的高温、高压、高速度和高压力等物理现象。
这些物理现象会引起一系列化学反应或物理变化，从而改变材料的性质。
超声波在材料改性中的应用1. 超声波溶解超声波溶解是利用超声波的机械作用，使材料内部的分子或离子发生振动，从而增加分子的活性，促进化学反应的进行。
它已被应用于制备纳米材料、高分子材料改性和制备高效催化剂等领域。
例如，利用超声波溶解法，可以制备出具有高比表面积和孔结构的二氧化钛纳米材料，使其在染料和催化剂行业中具有广泛的应用前景。
2. 超声波破碎超声波破碎是将超声波的振动能量传递到材料中，使其发生局部的膨胀、收缩或涡流等物理现象，从而使材料发生裂解、分散或粉碎等改变其性质的过程。
它已被广泛应用于制备细颗粒和纳米材料、分散染料等领域。
例如，利用超声波破碎法，可以制备出具有高比表面积和狭窄粒径分布的钛酸锂纳米材料，使其在电池和锂离子电池等领域中具有广泛的应用潜力。
3. 超声波振荡超声波振荡是将超声波的机械振动作用于材料的流体或半流体中，从而使它们产生类似涡流的物理现象，并引起化学反应或离子迁移等物理过程。
它已被广泛用于制备复合材料和催化剂等领域。
例如，利用超声波振荡法，可以制备出具有优异力学性能和热稳定性的碳纳米管增强的聚合物复合材料，使其在航空、航天和信息电子等领域中具有广泛的应用前景。
4. 超声波表面处理超声波表面处理是将超声波的机械振动作用于材料表面，从而改变其表面结构或表面物理化学性质的过程。
它已被广泛应用于蚀刻、清洗、溶胶-凝胶法制备纳米薄膜等领域。
基于超声波辅助下合成高分子纳米粒子复合材料的研究超声波技术在合成高分子纳米粒子复合材料方面的研究越来越受到关注。
本文将介绍超声波辅助下合成高分子纳米粒子复合材料的研究进展，并讨论其潜在应用前景。
高分子纳米粒子复合材料具有许多优异的性能，例如高强度、优异的热稳定性和电导性能等。
然而，传统的合成方法往往存在一些问题，如反应速度慢、高温条件、化学副产物的生成等。
超声波技术作为一种绿色、低成本、高效的合成方法，被广泛应用于高分子纳米粒子的合成。
超声波技术通过在液相中产生强大的声波振动来促进反应过程。
声波振动能够加速反应物的混合和扩散，提高反应速率和产率。
此外，声波振动还可以改变反应体系的温度、压力和粗颗粒尺寸等参数，从而对反应产物的形貌和性能进行精确控制。
利用超声波技术合成高分子纳米粒子复合材料有多种方法。
一种常见的方法是通过乳化技术合成纳米粒子，超声波振动可以改变乳液体系的温度和粒子尺寸分布，从而优化纳米粒子的形成过程。
另一种方法是利用超声波振动搅拌高分子溶液，使高分子形成纳米级尺寸的颗粒，然后通过交联或引入其他纳米材料制备复合材料。
研究表明，超声波技术可以显著提高高分子纳米粒子复合材料的制备效率和性能。
例如，超声波合成的聚合物纳米颗粒具有更窄的粒径分布和更高的稳定性，可以控制颗粒的形态和排列方式。
此外，超声波也可以加速高分子的交联反应，提高材料的强度和热稳定性。
超声波辅助下合成的高分子纳米粒子复合材料具有广泛的应用前景。
例如，在能源领域，高分子纳米粒子复合材料可以用于制备高性能锂离子电池、燃料电池和太阳能电池等。
在医药领域，可以利用纳米粒子的载药性能制备具有靶向药物释放的纳米药物输送系统。
此外，高分子纳米粒子复合材料还可以应用于传感器、催化剂和光电子器件等领域。
总之，超声波技术在合成高分子纳米粒子复合材料方面具有重要的作用。
通过超声波的作用，可以实现纳米粒子的快速、高效合成，并对其形貌和性能进行调控。
超声波在材料合成中的应用及其机理研究在材料合成过程中，常常需要控制反应过程的温度、压力和反应速率等因素。
在相变、分散和粉碎等工艺中，还需要控制反应的颗粒形态和粒度分布。
传统的加热和搅拌等手段无法很好地满足这些要求，而超声波作为一种非常有效的辅助手段，正在越来越广泛地应用于材料合成和加工领域。
超声波是一种机械振动波，其振动频率超过20kHz，无法听到。
超声波可以产生强烈的局部压缩和稀释效应，破坏液体中的气泡、小颗粒和分子间的化学键，从而促进反应过程。
此外，超声波还能够扰动液体中的分子运动，改变液体的物理和化学性质，促使反应体系向有利方向发展。
超声波在材料合成中的应用可以追溯到20世纪50年代。
当时，科学家们发现超声波可以促进元素间的化学反应，加速晶体生长和配位反应等。
现在，超声波已经被广泛地应用于合成纳米材料、冶金、陶瓷、复合材料、生物材料和高分子材料等领域。
下面就几个典型应用进行简要介绍。
1. 纳米材料的制备纳米材料具有很多独特的物理和化学性质，因此在材料科学、纳米技术和生物医学等领域具有广泛的应用前景。
传统的制备方法如机械抛光、化学气相沉积和电化学析出等，无法很好地控制纳米颗粒的粒径和分布，而超声波可以克服这些缺点。
通过超声波辅助下的还原法、水热法、溶胶-凝胶法和微乳化法等，可以制备出具有优异性能的纳米颗粒和纳米复合材料。
2. 化学反应的促进超声波可以提高反应速率和收率，降低反应温度和压力等条件，从而降低了反应的成本和环保性。
例如，超声波可以在低温下将稀有金属离子还原成相应的金属，还可以在无溶剂条件下催化有机合成反应。
此外，超声波还可以辅助纳米催化剂的制备和应用，从而提高催化效率和选择性。
3. 超声波对材料物性的改善超声波可以改变材料的物理和化学性质，从而提高材料的机械强度、稳定性和功能性。
例如，超声波可以使硬质合金刀头的耗损率降低40%以上，使电池材料的电化学性能提高20%左右，还可以改善陶瓷材料的晶体结构和熔体流动性。
超声波技术在材料制备中的应用研究随着科技的不断进步，越来越多的先进技术被应用到材料制备领域中。
其中，超声波技术是一种非常先进的技术，被广泛地应用在材料制备中。
本文将重点介绍超声波技术在材料制备中的应用研究。
一、超声波技术简介超声波是一种机械波，它在物质中传播时，会产生一系列的声波和微泡。
这些声波和微泡会对物质结构和性质产生影响。
超声波技术利用超声波的这种作用，在材料制备中起到了极其重要的作用。
二、超声波技术在材料合成中的应用研究在材料合成过程中，超声波技术可以用来促进反应速率、提高材料的纯度和均匀性等。
例如，在金属纳米颗粒的制备中使用超声波技术将金属溶液中的金属离子还原成金属纳米颗粒，可以获得高纯度、均匀分散的金属纳米颗粒。
同时，还利用超声波技术合成了各种复杂纳米材料，例如金属-有机复合纳米颗粒、金属-半导体复合纳米颗粒等等。
这些复合纳米颗粒可以在磁共振成像、生物传感、催化等方面发挥重要的应用作用。
三、超声波技术在材料表面修饰中的应用研究在材料表面修饰中，超声波技术可以用来改变表面的形貌、增强表面的反应活性等。
例如，在生物医学领域中，可以利用超声波技术对材料表面进行修饰，增强其钙化能力，从而提高其生物兼容性。
同时，还可以利用超声波技术制备表面具有各种形貌的材料，例如纳米棒、纳米管等。
这些形貌不规则的材料以及利用超声波技术制备的微米级别的气孔也被广泛地应用于催化和吸附等领域。
四、超声波技术在材料成型中的应用研究在材料成型中，超声波技术可以被用于改善材料的形态和性能。
例如，在金属成型中，可以利用超声波技术改善材料的韧性和延展性，从而提高材料的成型性。
同时，通过利用超声波技术对材料进行成型，可以获得更好的力学性能和化学反应性能。
总之，超声波技术在材料制备领域中的应用是相当广泛的。
它可以用来促进反应速率、提高材料的纯度和均匀性、改变表面的形貌、增强表面的反应活性、改善材料的形态和性能等。
随着超声波技术的发展，相信它将在材料制备中产生越来越广泛的应用。
高分子材料的合成和应用研究高分子材料是一种极具应用前景的新型材料。
它们具有高强度、高韧性、低密度、化学惰性等特点，广泛应用于节能、环保、新能源、医疗、航空航天等领域。
因此，高分子材料的合成和应用研究备受关注。
本文将介绍高分子材料的合成方法及其应用研究进展。
一、高分子材料的合成方法高分子材料的合成方法主要包括自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合、羧基聚合、自由基开发聚合等多种方式。
其中，自由基聚合最为常见。
自由基聚合是通过引发剂、活性单体以及某些促进剂来实现的。
阴离子聚合主要利用强碱性形成的负离子的亲核反应；阳离子聚合则是通过强酸性催化剂催化带正电荷的单体反应；羧基聚合则是以含有羧基单体为基础进行的。
自由基开发聚合是在特定反应条件下，捕获自由基以进行聚合，进而合成高分子。
二、高分子材料的应用研究进展1. 高分子材料在信息技术领域的应用随着信息技术的发展，高分子材料在半导体材料、光纤材料等方面的应用日益广泛。
聚苯乙烯、聚碳酸酯等高分子材料已成为半导体材料的重要组成部分。
在光纤材料方面，高分子材料已取代了传统的石英材料，使光纤网络更加快速和可靠。
2. 高分子材料在医疗方面的应用高分子材料在医疗领域的应用是近年来的热点之一。
聚乳酸等可降解高分子材料在制备缝合线、人工血管等医疗器械中应用广泛。
此外，硅胶等高分子材料也被广泛应用于医疗器械的制备和人体修复方面。
3. 高分子材料在环保领域的应用高分子材料的应用已经成为环保领域的重要手段。
聚苯乙烯、聚丙烯等高分子材料广泛应用于生活垃圾处理中，可以有效减少垃圾的数量。
聚氨酯等高分子材料还被用于可持续发展技术研究中，可以有效减少资源浪费和污染。
4. 高分子材料在航空航天领域的应用高分子材料在航空航天领域的应用也十分广泛。
聚酰亚胺、聚苯乙烯等高分子材料已广泛应用于飞机和航天器的制造，可以使其更加稳定和耐磨。
此外，聚合物和合成橡胶等高分子材料还被用于制备高性能塑料复合材料和增强材料，以提高飞机和航天器的机械性能和强度。
第23卷第5期高分子材料科学与工程Vo l.23,N o.5 2007年9月POLYM ER M AT ERIALS SCIENCE AND EN GINEERING Sept.2007超声波技术在高分子合成中的应用研究进展X马素德,钟力生,王 薇,胡 波,徐传骧(西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,陕西西安710049)摘要:对近十年来超声波技术在高分子合成中的应用进行了综述;详细介绍了超声波技术在诸如嵌段共聚物的合成、高分子的改性、乳液聚合及本体聚合的引发、溶液聚合、微/纳米粒子的制备、高分子反应过程监测、高分子反应机理研究等等方面的应用情况;认为随着相关配套技术的发展,超声波技术今后在高分子科学各方面的应用将会不断开拓并深入,尤其因超声波引发本体聚合反应可以获得高纯聚合物材料,这一特点在某些领域必然产生独特应用。
关键词:超声波技术;高分子合成;应用进展中图分类号:O644.3 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2007)05-0015-04 所谓超声波是指振动频率范围在20kHz～1000MHz之间的声波。
自从20世纪30年代Richards和Loom is[1]报道了超声波的化学作用以来,超声波的各种化学效应引起了人们的广泛关注。
早期人们的研究比较集中于超声波作用下聚合物黏度的下降(聚合物降解),1980年以来随着高聚物表征手段的发展,超声波在聚合物合成中的应用研究也随之开展起来。
声化学理论计算和对应实验表明,超声波空化作用可使空化泡相界面周围产生数千K的高温和数百个大气压的高压的极端环境[2,3],这样的条件下能够使溶剂、单体或高分子链分解或破裂产生自由基,导致超声波在高分子合成中得到广泛应用。
1 超声波用于制备嵌段共聚物1999年,Huceste等[4]将M-n=2,300,000的聚甲基丙烯酸乙酯(PEM A)和M-n= 1,200,000的聚苯乙烯(PS)溶解在甲苯中,用N2饱和后以超声波对其进行辐照。
发现辐照2 h后,高分子发生了降解。
然后他们在辐照后的聚合物体系中加入苯乙烯单体并配合适当的温度条件,制得了嵌段共聚物,产物的非均一系数(H I)由3.0降低到1.34。
1998年,Fujiw ara H[5]等研究了超声波辐照下聚氯乙烯和聚乙烯醇嵌段共聚物的合成。
他们将固体的聚氯乙烯和聚乙烯醇制成多个水溶液系统,并在30℃下用超声波辐照。
发现聚氯乙烯平均黏度的降低速率比聚乙烯醇快得多。
在超声波的作用下,这两种聚合物都降解并产生了自由基,这种自由基引发了聚合物的机械化学反应,由此制得了嵌段共聚物。
2003年,Degirm enci M等[6]在超声波辐照的情况下,合成了苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的嵌段共聚物。
他们还研究了超声波辐照下PM-M A的降解行为,所得理论相对分子质量与实验实测值及GPC的测定结果一致,说明的确是超声波降解产生的自由基引发了共聚反应。
2 超声波用于引发乳液聚合1998年,Joe Cho u H C等[7,8]研究了超声波辐照条件下以十二烷基硫酸钠作乳化剂时甲基丙烯酸甲酯(M M A)的乳液聚合,考察了多个因素对聚合速度的影响。
发现即便没有常规引发剂的加入,乳液聚合反应仍然可以在室温条件下被超声波引发。
这种情况下,引发反应的X收稿日期:2006-06-12;修订日期:2006-10-11 基金项目:教育部教育振兴行动计划二期资助项目 联系人:马素德,主要从事光电功能高分子材料的研究, E-mail:mas ude@自由基来自超声波辐照下乳化剂的降解,超声波的使用不但可以引发及加速乳液聚合,并且在较低的温度下就可以提供反应所需的能量。
2004年,Ai Z Q等[9]研究了超声波辐照条件下苯乙烯与丙烯酸丁酯的乳液聚合。
他们将PS废料溶解在丙烯酸丁酯中,加水和引发剂,然后在超声波的辐照和搅拌作用下,制得了接枝共聚物。
超声波功率越高、辐照时间越长、反应温度越高,所得接枝产物的凝结率越低;乳化剂的种类及用量、乳化剂的总浓度等因素也影响产物的凝结率。
2005年,Bahattab M A[10]对超声波辐照下醋酸乙烯酯的乳液聚合进行了研究。
当没有引发剂和乳化剂存在时,单靠超声波的作用在环境温度下就可以引发醋酸乙烯酯的乳液聚合。
而使用了氧化还原引发剂体系且采用超声波辐照后,比没有超声波辐照的情况下聚合反应的转化率和聚合物产率都有所提高,超声波对引发反应和控制聚合物结构起到了重要的作用。
3 超声波用于高分子的改性1997年,Santo s E A G L等[11]用超声波作能量源,研究了马来酸酐改性聚丙烯的反应。
发现马来酸酐用量增加会降低接枝率,原因是在所使用的实验条件下,由于过氧化二苯甲酰的存在导致大量的马来酸酐生成了均聚物;而随着所用超声波功率密度的增大,接枝率的提高越来越明显。
他们还研究了超声波辐照对所得接枝产物的M-w、M-n及多分散性系数的影响,发现产物的M-w降低了13.73%,多分散性系数也降低了11.98%。
这些现象被归结于超声波所导致的聚合物分子长链的机械断裂,其与断链产生自由基及自由基的再结合相一致。
用超细无机粒子填充到高分子材料中对使后者性能获得改善是高分子改性的一个重要方向。
然而超细粒子由于表面能巨大很容易发生团聚,使之均匀地分散到高分子体系中并非易事,传统的方法是通过选用合适的表面活性剂对粒子表面改性,但效果常常难如人意,近年来很多人开始尝试使用超声波将粒子分散到高分子材料中,典型的进展简述如下。
2000年,Xia H S等[12～14]研究了超声波辐照情况下,几种无机纳米粒子(纳米级的SiO2、A l2O3、TiO2粒子)在甲基丙烯酸丁酯中的分散及对聚合物的改性情况。
通过超声波的作用,他们制得了含有聚合物/无机纳米粒子的稳定乳液,扫描电镜证实纳米粒子存在于聚合物形成的微胶囊中,微胶囊的壁厚只有5nm～65nm。
2005年,Qiu G H等[15]使用功率为750W 的超声波,将磁性氧化铁纳米粒子分散到吡咯单体的水溶液中并用氧化型引发剂FeCl3使吡咯聚合,很好地解决了纳米粒子容易团聚的问题。
4 超声波用于高分子反应过程的监测2001年,Kiehl C等[16]建立了一套超声波系统对模型间歇式反应器及双螺杆反应式挤出机中M MA的聚合过程进行在线监测。
自制反应器中M MA的聚合转化率与用DSC获得的结果进行了比较并与超声波的传播速度进行了关联,从而建立了MM A转化率与超声波传播速度的关系,使之可用于M M A聚合过程的在线监测。
M ikhailyuk G M等[17]用超声波研究了酚醛树脂的聚合过程,其本质也是利用了聚合物反应过程中黏度发生变化,而黏度可以通过超声波的某些性质的变化得到比较精确的反映。
5 超声波对溶液聚合的影响Osaw a Z J等[18]研究了超声波对M M A溶液聚合物及低聚物立构规整性的影响。
具体的做法是将M M A溶解在甲苯-二氧杂环乙烷的混合溶剂中,比较了两种情况下——Ⅰ.不使用格林尼亚催化剂;Ⅱ.使用格林尼亚催化剂——所得聚合物及低聚物的立构规整性。
结果发现Ⅰ的立构规整性比Ⅱ高。
然而使用超声波对反应体系进行辐照以后结果发生了颠倒:Ⅰ的立构规整性比Ⅱ低,说明超声波改变了反应过程。
在接下来的几年中,Osaw a Z J等[19～21]对这个问题进行了多方面的研究。
比如,他们Ⅰ.将催化剂直接添加到反应单体与溶剂的混合液中;Ⅱ.将催化剂先添加到溶剂中再将单体加入,然后对反应结果进行测定,发现方法Ⅰ所得聚合物的立构规整性要比Ⅱ来得高,而使用超声波对反应体系进行辐照以后结果也发生了颠倒:Ⅰ的立构规整性比Ⅱ低。
总体上来说,由于16高分子材料科学与工程2007年 超声波的辐照,都会使溶液聚合所得聚合物的性能发生与常规聚合方式相反的变化。
6 超声波用于制备微米/纳米高分子(或无机复合)粒子由于超声波辐照在液体系统中可以产生常规搅拌方式无法比拟的效果,使得超声波在微米/纳米高分子(或无机复合)粒子的制备中获得了广泛的应用[22～26]。
Wang L等[22]采用沉淀聚合的方法,在超声波辐照下,制得了核-壳结构的有机纳米粒子。
具体方法是:将芘溶解在丙酮中,滴加到一定量的水中稀释,再用一定功率的超声波辐照30m in,得到核-壳结构的核;然后在该体系中依次加入一定量的六偏磷酸钠、过硫酸钾、丙烯酸,在强烈搅拌和超声波的共同作用下反应20 min,作为核的芘即被聚丙烯酸覆盖,得到了纳米级的有机粒子。
7 超声波用于聚合反应机理的研究1999年,Huceste等[27]基于超声波可以使聚合物长链断裂的原理,使用超声波技术系统研究了甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯发生自由基聚合时占统治地位的链终止机理,同时可以得到聚合物链终止时歧化率和耦合率的比值(d/c)。
他们把已经聚合完毕的“死”聚合物溶解,然后对之使用超声波辐照,令高分子断链,获得了长链自由基;然后他们在该体系中添加或者不加链终止剂(自由基捕捉剂)。
比较两种情况下所得高分子的相对分子质量,据此推测这种情况下占统治地位的自由基聚合链终止机理。
Youn J等还使用超声波研究了聚氨酯泡沫的形成过程。
Nishikaw a S等[28]则研究了超声波辐照下聚乙烯吡咯烷酮对丙胺水溶液中质子转移反应的影响。
8 超声波用于引发本体聚合Gu C B等[29]使用每平方厘米数百瓦的高能量密度超声波辐照甲基丙烯酸甲酯,引发其本体聚合。
发现聚合速率与超声波辐照时间的长短、超声波能量密度的大小有关系;对于纯的M MA单体体系,存在一个超声波能量密度的阈值,低于该值则无论如何延长辐照时间都不能引发聚合反应;在单体体系中加入一定量的聚合物PMM A,聚合速率随PMM A量的增加而加快。
ESR的分析表明,超声波的辐照确实使聚合体系中产生了自由基,而且自由基的浓度随辐照条件的变化而变化。
9 前景展望由于超声波可以在液体体系中产生空化、剧烈搅拌等效果,其在高分子合成中有着诸多独特的应用。
纵观近10年来超声波的应用情况,从高分子反应过程的监测到高分子反应机理的研究,超声波技术的应用几乎遍及高分子科学的各个领域。
展望未来,随着大功率窄频宽超声波发生器的设计制造和高分子研究手段的不断提高与改进,超声波的应用及机理研究必然越来越广泛和深入。
另外,与常规引发方式比较,超声波引发自由基聚合不使用引发剂,反应体系中没有额外杂质的引入,可以获得高纯的聚合物材料,这一特点势必在某些对聚合物材料纯度有特殊要求的领域产生广泛应用。
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