文档介绍：东华大学
博士学位论文
聚合物/聚合物纳米复合粒子及其复合材料的制备与结构控制
姓名:陈文萍
申请学位级别:博士
专业:材料科学与工程
指导教师:朱美芳
20060412
通过激甥壕酆现票附涣5木奂谆┧峒柞擅琢W樱芯的制备与结构控制聚合物/聚合物纳米复合粒子及其复合材料摘要以赋予其许多独特的功能。但是,普通的共混方法很难使纳米粒子均匀地分散在聚合物基体中,有时即使实现了均匀分散,但在加工或使用过程中已分散的纳米粒子又常常会发生二次团聚,使得纳米复合材料的特点无法充分实现。因此,如何实现纳米粒子在基体中的均匀稳定分散,是制备性能优异的纳米复合国内外不少研究组通过通过溶胶一凝胶法、反应器就地合成法、插层法直接混合等方法,实现了无机纳米粒子在聚合物中的均匀稳定分散。与无机纳米材料和聚合物基无机纳米复合材料相比,聚合物纳米材料具有更好的分子可设计性和结构可控性,更容易制备出具有各种独特性能的新材料,满足不同领并将纳米复合粒子直接加票缚樘寰酆衔铮酆衔锬擅赘春喜牧希行Ы饩聚合物纳米粒子在基体中的均匀稳定分散性难题。研究思路和内容是:首先聚合条件对乳胶粒子尺寸及其尺寸分布的影响。然后采用种子乳液聚合制备交联聚甲基丙烯酸甲酯/聚╇嬉患谆┧峒柞甲基丙烯酸甲酯/聚苯乙烯疨纳米复合粒子,研究聚合反应过程中各种热力学参数和动力学参数对复合粒子形态结构的影响。进而对具有不同界面结构的/系列纳米复合粒子直接进行熔融加工,制各出将纳米粒子加入到聚合物中,不仅可以改善材料的物理机械性能,而且可材料必须解决的首要问题。括原位插层聚合、溶液插层和熔融插层⒒蚨阅擅琢W颖砻娓男院笥刖酆衔域的特殊要求。本文的研究目标是通过设计合成具有可控结构的聚合物纳米复合粒子,疨狹纳米复合粒子,以及具有不同界面结构的交联聚块体聚合物纳米复合材料。通过透射电镜鄄旌投鞅涫笛椋摘要/—\
可控合成。研究结果表明,通过控带怔盼单体加入方式,采用饥饿喂料,能够≡袷实钡木酆咸跫ü⒃砣橐壕酆铣晒Φ鼗竦昧说シ稚⑿越虾一步研究聚合物/聚合物块体纳米复合材料的形态结构及其动态流变行为,探讨聚合物纳米粒子在基体中的稳定分散机理。研究得到了如下主要结论:的纳米粒子。如在反应温度,单体浓度小于等于表面活性剂与单体的重量比为~的条件下,通过乳液聚合制备出的纳米粒子数均粒径在—珼。/!.,且单体的转化率可达%以上。ü刂迫攘ρб蛩睾投ρб蛩亟芯酆衔铮酆衔锬擅赘春狭W拥从动力学上“硬性”控制复合粒子的形态结构,使热力学平衡态结构为半球状的/—纳米复合粒子渲蠥蚆的重量比为终形成核壳结构。研究还表明,二阶聚合时选用油溶性引发剂可避免水溶性较大的单体和ザ郎纱渭读W印6杂谌攘ρ胶馓峁刮7聪蚝丝结构的/复合体系,通过在高交联度的纳米种子粒子外增加一薄层低交联度的聚甲基丙烯酸丁酯芄幌灾岣弑揭蚁在其表面的接枝率,有效地降低核壳聚合物间的界面张力,从而得到具有核壳结构的/疨擅赘春狭W印Mü诤丝蔷酆衔镏湟胩度共聚物甋,也可以有效降低核壳聚合物之间的界面张力,制备出具有完美核壳结构的/猄/纳米复合粒子。酆衔铮酆衔锖丝悄擅赘春狭W有翁峁沟淖既繁碚鳌M干涞缇梢灾惫鄱行У乇碚鞲春狭W拥男翁峁梗芊裾业胶鲜实难≡性染色剂,增加两相之间的对比度是决定其适用性的关键。,为此必须寻找新的选择性染色剂。研究证明,,能够准确表征/—。干涞缇笛芯康慕峁砻鳎琍疨蚉疨/纳米复合粒子直接熔融加工制备成块体纳米复合材料时,纳米粒子摘要
米复合粒子直接制备成块体纳米复合材料时,尽管界面张力较小,但纳米粒子在基体中的分散仍很不稳定,无论在静态熔融条件下,还动态流变研究表明,由纳米复合粒子直接制备的聚合物/聚合物纳米复合材料熔体为切力变稀流体。与无机纳米粒子/聚合物复合体系类似,当聚合物纳米粒子含量超过一定值后,聚合物/聚合物纳米复合体系在低频区也会表现出类固体行为,但其逾渗值在%一%之间,明显高于无机纳米粒子,聚合物复合体系。这说明聚合物/聚合物纳米复合材料的可加工性优于无机纳米粒子,酆衔铮酆衔锬擅赘春喜牧现心擅追稚⑾嗟奈榷ɑ怼D擅赘春喜牧中分散相的尺寸很小,熔融状态下,分散相粒子的布朗运动速度很快。特别是当纳米粒子的体积含量达到或超过%后,在熔融加工时除了界面张力会引起分散相粒子的凝聚外,布朗运动的影响也不容忽视。因此,要制备结构稳定的聚合物/聚合物纳米复合材料,除了要降低分散相与基体的界面张力外,还必研究表明,在种子乳液聚合制备复合粒子的过程中,由于自由基向种子聚纳米粒子表面接枝有一定数量的大分子,/甋/复合体系中粒子上接枝的是甋共聚物。由于前两个体系中纳米粒子表面接枝的