无机纳米粒子的表面处理及其增强增韧高分子材料的研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jhl1989
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无机纳米粒子是特征纬度尺寸在纳米数量级的粒子,是一种介于宏观固体和分子的亚稳中间态物质。它具有小尺寸效应、量子尺寸效应和表面效应。无机纳米粒子与聚合物复合形成聚合物/无机纳米复合材料,成为当前非常活跃的研究领域,显示了良好的开发与应用前景。但是由于无机纳米粒子粒径小、比表面积大、表面能高,极易相互团聚,难以最大限度地发挥纳米效应。因此降低纳米粒子的表面能,提高纳米粒子与聚合物的相容性,减弱纳米粒子的表面极性是纳米粒子表面改性的关键性技术问题。 本论文采用偶联剂KH570对纳米粒子进行改性,使之键接于纳米粒子表面后,获得烷基化纳米粒子;然后在烷基化纳米粒子表面通过单体MMA的原位聚合,接枝聚合物PMMA,实现聚合物包覆纳米粒子获得复合纳米粒子,以达到纳米粒子的聚合物包覆改性。 本工作选用零维纳米材料(SiO2 and CaCO3)和一维纳米材料(凹凸棒土棒晶),对它们进行偶联剂或聚合物包覆改性后,分别与聚合物(聚丙烯、聚乙烯和聚氯乙烯)进行复合制备纳米复合材料。实验表明: (1) 红外(FTIR)和能谱(XPS)的分析证明了纳米粒子表面成功地键合了偶联剂KH570并在此基础上接枝了大分子PMMA,实现了纳米粒子的聚合物包覆。其中偶联剂KH570在纳米粒子和大分子之间起到桥梁作用。 (2) DSC和XRD测试同时显示:未经处理的纳米粒子与烷基化纳米粒子与PP复合后对PP基体的结晶行为影响不大;而复合纳米粒子与PP基体复合后诱发了β-PP晶的形成,而且β-PP晶的含量竟高达69.3%。通过XRD测试我们发现,纳米粒子、烷基化纳米粒子和复合纳米粒子对结晶型聚合物(PE和PP)的微晶尺寸有着不同的作用。 (3) 与纳米粒子相比,烷基化纳米粒子与复合纳米粒子改善了聚合物基体的力学性能,尤其是复合粒子的添加,使基体缺口冲击强度有着较大的提高。 (4) 采用扫描电镜(SEM)观察缺口冲击的断裂形貌,通过透射电镜(TEM)观察纳米粒子和复合纳米粒子的分散情况和粒径的大小;通过超薄切片法研究复合粒子在聚合物基体中的分散性。 (5) 用DSC手段研究了聚丙烯/凹土的非等温结晶行为,并与纯聚丙烯进行比较。用DSC研究了纳米粒子对聚氯乙烯材料的玻璃化转变温度的不同影响。
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