UV光聚合制备有机/无机纳米复合材料

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:yichunyang
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光聚合制备有机/无机纳米复合材料结合了光聚合与纳米复合材料的优点。为了制备性能优异的有机/无机纳米复合材料,本论文主要从光聚合体系的不同组份着手,利用光聚合制备出有机-无机相通过化学交联的纳米复合材料。本论文的主要工作如下:1、通过Michael加成反应合成了具有甲基丙烯酸酯基团不同链长的单链型季铵盐。利用含可聚合官能团的季铵盐对蒙脱土进行改性,与自由基光聚合体系共混后,通过光聚合制备了有机/无机纳米复合材料。XRD、DMA、电子拉伸研究表明改性的蒙脱土的层间距随链长的增加而增加,所制备的蒙脱土/聚合物复合材料其机械物理性能也随着链长的增加而有所提高。2、通过Michael加成反应合成了具有双-甲基丙烯酸酯基团不同链长的多链型季铵盐。利用含可聚合官能团的季铵盐对蒙脱土进行改性,XRD研究表明改性的蒙脱土的层间距随链长的增加而增加。制备得到的改性有机土与自由基光聚合体系共混后,通过光聚合制备了有机/无机纳米复合材料。XRD研究表明分散在聚合物中的改性蒙脱土的层间距随链长的增加而减小,与单链型季铵盐改性蒙脱土的结果相反。另外DMA、电子拉伸研究表明所制备的蒙脱土/聚合物复合材料其机械物理性能也随着链长的增加有所提高。3、利用TDI将高效的自由基型光引发剂1173阳离子化,然后插层引入蒙脱土层间,制备得到可光引发聚合的活性有机土。制备得到的改性有机土与自由基光聚合体系共混后,通过光聚合制备了有机/无机纳米复合材料。实时红外(RT-FTIR)表明制备的可光引发聚合的活性有机土有较高的引发活性,甚至以1/100(w/w)的活性土在20mW/cm2的光强下转化率也能达到87%。XRD及TEM研究表明改性有机土呈部分剥离和部分插层分散在聚合物基体中。4、利用合成的三乙氧基硅丙基氨甲酰氧基乙基三甲基碘化铵(APS)与缩水甘油丙基三甲氧基硅(GPS)的溶胶-凝胶反应将环氧官能团通过阳离子交换插入蒙脱土层间,通过溶胶-凝胶改性后的蒙脱土在丙酮中具有较好的分散性和稳定性。XRD及TEM研究表明改性有机土与坏氧预聚物混合并进行光聚合后,改性蒙脱土层间与聚合物基体通过化学键交联,具有更好的相容性更利于形成部分剥离和高度剥离蒙脱土/环氧纳米复合材料。另外,利用XRD、TEM和TGA对不同APS/GPS配比形成的复合材料中有机土的分散情况,及不同配比对热稳定性的影响做了研究,结果表明随着缩水甘油丙基三甲氧基硅(GPS)量的增加,改性的蒙脱土在环氧树脂中依次形成有序型剥离和无序型剥离型蒙脱土/环氧纳米复合材料,制备的蒙脱土/环氧纳米复合材料具有较好的热稳定性。5、利用合成的三乙氧基硅丙基氨甲酰氧基乙基三甲基碘化铵(APS)与1173IPS的溶胶-凝胶反应将光引发剂1173活性官能团通过阳离子交换插入蒙脱土层间,制备得到可光引发聚合的活性有机土,有机土具有较大的层间距,可达到2.26-3.65nm。改性有机土与自由基光聚合体系共混后,通过光聚合制备了有机/无机纳米复合材料。实时红外(RT-FTIR)表明随着1173IPS量的增加,改性的有机土具有较快的引发速率和类似的最终转化率,最终转化率可达到90%。XRD和TEM研究表明改性蒙脱土以有序剥离分散在聚氨酯丙烯酸树脂聚合物基体中,制备的蒙脱土/聚合物具有较好的热稳定性。6、通过溶胶-凝胶法,利用四乙氧基硅(TEOS),1173IPS和甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅(MAPS)作为硅源,1173IPS作为光引发剂,MAPS作为改性剂,在光聚合树脂中制备了表面锚接1173光引发剂的活性SiO2粒子,原位UV光聚合法制备了SiO2/聚氨酯纳米复合材料。实时红外(RT-FTIR)研究表明,随着1173IPS引发剂浓度的增加,SiO2/光聚合复合树脂的双键转化率和光固化速率随之增大,最终转化率也增加。相同浓度1173IPS光引发剂,没有经过MAPS改性的双键转化速率较快,具有略高的最终转化率。TEM表明1173IPS和MAPS对形成的SiO2颗粒的大小和分散情况有重要的影响。较高浓度的1173IPS有利于形成均匀分散SiO2颗粒,MAPS的改性能进一步提高其均匀分散的特性。此外较高浓度1173IPS能够提高材料的透明性能,MAPS改性对其透明性能有进一步的改善。
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