论文部分内容阅读
白炭黑作为性能优良的补强填料,被广泛应用于塑料、橡胶和涂料等诸多领域。在白炭黑表面构筑高分子刷能使白炭黑粒子不仅具有无机粒子的高强高模特性,也具有高分子刷的柔顺性,同时高分子刷中的活性官能团能够赋予白炭黑粒子更多的功能性。本论文首先采用表面原子转移自由基聚合法(ATRP)在白炭黑表面构筑了高分子刷,即在白炭黑表面分别接枝了两种不同的聚合物,且将接枝了聚合物的白炭黑粒子作为填料,分别添加到聚氨酯泡沫和硅橡胶中制备了复合材料,并对复合材料的性能进行了研究。具体结果如下:(1)使用3-氨基丙基三乙氧基硅烷和溴异丁酰溴逐步对白炭黑表面进行了化学改性,使白炭黑表面接枝能够引发ATRP的引发剂官能团,然后用其引发单体聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸甲酯(PEGMA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)在白炭黑表面进行ATRP,分别得到SiO2-g-P(PEGMA)和SiO2-g-PMMA杂化粒子。分别采用红外(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、热分析(TGA)和投射电镜(TEM)对白炭黑表面的ATRP引发剂的结构和形态进行了表征和分析,FTIR和XPS测试结果表明白炭黑表面成功接枝了ATRP引发剂官能团,TGA结果表明白炭黑表面引发剂的接枝密度为9.1 Br/nm2,TEM结果表明接枝引发剂官能团后白炭黑的团聚现象减弱。采用同样的方法分析了白炭黑表面接枝聚合物的结构和形态,结果发现P(PEGMA)和PMMA成功接枝到了白炭黑表面,白炭黑团聚现象减弱。同时在不同的催化剂浓度、配体浓度、反应时间及单体浓度下进行了单体PEGMA在白炭黑表面的ATRP,研究了催化剂浓度、配体浓度、反应时间及单体浓度对白炭黑表面聚合物接枝量的影响,结果发现当单体、SiO2-Br、配体PMDETA、CuBr和CuBr2的物质的量之比为100:1:1:1:0.2时,白炭黑表面聚合物的接枝量最多。(2)将不同含量的未改性的白炭黑和对应的表面接枝有P(PEGMA)的白炭黑粒子作为填料,添加到聚氨酯材料中制备了聚氨酯泡沫材料,研究了白炭黑粒子接枝前后不同的填充量对聚氨酯泡沫材料的泡孔形态、热性能及压缩性能的影响。研究结果表明:当填料含量为1wt%时,相对于未改性填料,表面接枝P(PEGMA)的白炭黑填充聚氨酯泡沫材料的平均孔径减小了81 um,储能模量提高了53.9%,比压缩强度提高了7.9%。(3)将不同含量的未改性的白炭黑和表面接枝有PMMA的白炭黑粒子作为填料,添加到硅橡胶基体中制备复合材料,研究了白炭黑接枝前后不同的填充量在硅橡胶复合材料中的分散性及其对硅橡胶材料的硫化性能和力学性能的影响。研究结果表明:当填料添加量为10 wt%时,相比未改性填料,表面接枝PMMA后的白炭黑填充的未硫化硅橡胶剪切模量提高了15.6%,损耗模量提高了30.5%,流动黏度增加了1.2倍;硫化后硅橡胶储能模量提高了20.9%,扭矩提高了19.7%,拉伸时断裂伸长率提高了71.3%,证明了白炭黑表面的PMMA链参与了硅橡胶的硫化反应,PMMA链与硅橡胶分子链发生了缠结,提高了硫化后硅橡胶的交联度。