基于溶胶凝胶法制备PMMASIOLT2GT纳米杂化材料及其对聚丙烯复合改性的研究.pdf

基于溶胶一凝胶法制各P M M A ／S i 0 纳米杂化材料及其 对聚丙烯复合改性研究捅要以正硅酸乙酯( T E O S ) ，甲基丙烯酸甲酯( M M A ) Y 9 主要原料，甲基丙烯 酸- B 一羟丙酯为活性单体，溶胶一凝胶法制各P M M A ／S i 0 2 纳米杂化材料，并以其为填充物对P P 进行复合改性通过透光率的测量定性分析水用量、p H 值对溶胶稳定性和尺寸大小 的影响，优化硅溶胶制备工艺参数索氏抽提实验和F T I R 分析结果证实杂化材料中有机组分与无机组分问存在化学键作用；广角和小角x ．衍射分析表明杂化材料为非晶结构，且杂化材料的粒度与无机组分含量关系不大在S i 0 2 含量相同的条件下，杂化材料以准凝胶形式充填比以粉粒的形式充填效果好S i 0 2 含量为2 ％( w t ％) 时，冲击强度达到最大值9 ．9 6 k J ／m 2 ，较纯P P 提高了8 1 ％，S i 0 2 含量1 ％( w t ％) 时，拉伸强度达到最大值4 9 ．1 M P a ，较纯P P 提高了2 4 ％P P 基体中的杂化材料能吸收冲击能，限制细纹扩散，减缓试样所受冲击的作用能，并诱导P P 产生1 3 晶型、细化聚丙烯球晶，提高复合材料力学性能。

关键词：溶胶一凝胶法：纳米杂化材料；复合改性；力学性能S t u d i e so nP r e p a r a t i o no fP M M A ／S i 0 2H y b r i dM a t e r i a l sB a s e do nS 0 1 一g e lM e t h o da n dI t sC o m p o s i t eM o d i f i c a t i o nf o rP o l y p r o p y l e n eA b s t r a c tP M M A ／S i 0 2h y b r i dn a n o —m a t e r i a l sw e r ep r e p a r e dw i t hT E O S ，M M Aa n da c t i v em o n o m e r ∥- h y d r o x y p r o p y lm e t h ym e t h a c r y l a t e ( H P M A ) b ys o l —g e lm e t h o da n dT h eh y b r i dm a t e r i a l sw e r ea l s ou s e dt om o d i f yP Pa n dH D P Ea sf i l l i n g s ．T h ee f f e c t so fw a t e rd o s a g ea n dp Ho nt h es i z ea n ds t a b i l i t yo fs o lw e r eq u a l i t a t i v e l ya n a l y z e db ys p e c t r a lt r a n s m i t t a n c ei no r d e rt oo p t i m i z et e c h n i c a lp a r a m e t e r s -T h ec o v a l e n tb o n d sb e t w e e no r g a n i ca n di n o r g a n i cp h a s ei nh y b r i d sw e r ec o n f i r m e db ye x t r a c t i o ne x p e r i m e n ta n dF T I R ．W i d ea n g e la n ds m a l la n g l eX —r a yd i f f r a c t i o ns p e c t r ar e s u l t ss h o w e dt h a th y b r i d sw e r ea m o r p h o u sa n dt h ei n o r g a n i cc o n t e n th a sl i t t l ee f f e c to np a r t i c l es i z eo fh y b r i d s ．T h ef i l l i n ge f f e c t so ft h eq u a s i —g e lw e r eb e t t e rt h a np o w d e ra tt h es a m eS i 0 2c o n t e n t ．W h e nt h ec o n t e n to fS i 0 2i nt h ec o m p o s i t e sw a s2 ％( w t ％) ，t h em a x i m u mt o u g h n e s ss t r e n g t hr e a c h e d9 ，9 6 k J ／m 2 ．w h i c hi n c r e a s e d81 ％t h a np u r eP P ．W h e nt h ec o n t e n to fS i 0 2i nt h ec o m p o s i t e sw a sI ：％( w t ％) ，t h em a x i m u mt e n s i l es t r e n g t hr e a c h e d4 9 ．1M P a ，w h i c hi n c r e a s e d2 4 ％t h a np u r eP PT h eh y b r i d sm a t e r i a li nc o m p o s i t e sc o u l da b s o r bs t r i k i n ge n e r g y ，r e s t r i c tf i n ec r a c k l e ，i n d u c eBc r y s t a lg e n e r a t i o na n dm i n i s hs p h e r u l i t es i z e ，S Ot h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fc o m p o s i t e sw a si m p r o v e d ．K e y w o r d s ：h y b r i dn a n o —m a t e r i a l s ；s o l —g e lm e t h o d ；t o u g h n e s ss t r e n g t ht e n s i l es t r e n g t h ：1 3c r y s t a l合肥工业大学本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥1 ．业大学硕士学位论文质量要求。

答辩委员会签名主席：豸亥多灭／弘～哟鹦飘弘．．：、j —R (委导独创性声明本人声明所曼交的学位论文是本人在导师指导F 进行的研究T 作及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外．论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包音为获得盒魍：! ：些杰堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同J 二作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意学位论文作者签名：辱社签字眺勘忤1 爿f 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解佥型王、业盘堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部f 】或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被奇阅帚f 借阅本人授权j ! ：世】．业人学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文 保密的学位论文在解密后适_ E | = | 本授权15 )学位论文作者签名签字日j { J j = 2 ∞萨．『月歹日学何论文作者毕、眦后去向1 ．作单位：通讯地址：聊签文钒均签字日期：斗年7 月甲日邮编致调于首先衷心感谢我的导师史铁钧教授，在研究生学习阶段，我得到了他的亲切关怀和悉心指导，我的论文从选题到定稿他都付出了大量的心血。

史老师渊博的知识、开阔的视野、敏锐的思维和严谨的治学态度都给作者留下深刻的印象他的言传身教必将使我在今后终身受益感谢王华林副教授在课题进展过程中给我的启发和帮助，在此向他表示最诚挚的谢意和衷心的祝福同时感谢翟林峰老师，王继植老师，唐述培副教授以及理化测试中心杭国培副教授，他们都曾给予作者极大的指导和帮助感谢本课题组的任炜，周海鸥，方大庆，胡庆华，徐勇智等同学给予我的关心和帮助还要感谢我的家人对我的支持和鼓励!髯次感谢所有关心和支持我的老师、盟友和同学l作者：李波二零零四年六月1 ．1 引言第一章绪论纳米复合材料是一种多相体系，其相尺寸至少有一为纳米级，根据分散相在纳米尺度上维数的多少可将纳米复合材料划分为三种类型( 1 ～3 维) ；而根据基质材料的不同又可将其分为无机基纳米复合材料和聚合物基纳米复合材料其中聚合物基纳米复合材料是指各种纳米单元与聚合物材料以各种方式复合成型的一种新型复合材料，所采用的纳米单元按成分可分为金属、无机物、高分子等；按几何条件可分为球状、片状、柱状纳米粒子纳米材料由于其一系列纳米效应如尺寸效应、界面效应、量子效应和量子隧道效应等，从而具有许多新异的特性，成为近些年来材料科学领域研究的热点，被誉为“2 1 世纪最有前途的材料”【l 。

] ，而纳米复合材料更因其纳米复合效应产生了复合前各单独组分都不具有的一些特性而得到更加广泛的应用，特别是在聚合物改性领域纳米粒子是指粒径在1 n m ～1 0 0 n m 的原子团簇和微粒，与普通粒子相比，纳米粒子因其纳米特征，具有独特的光、电、磁、热及化学特性等近年来，随着纳米技术的发展，将无机纳米粒子作为一种新兴的填料应用到聚合物改性中，从而开发出具有高韧性、高强度以及具有特殊功能和优良加工性能的复合材料，为聚合物的改性开辟了一条新的道路，在实际生产中也有着广阔的应用前景1 ．2 纳米粒子填充改性聚合物的研究进展在聚合物改性中，填充改性一直是一种重要的手段，它是通过填加无机填料使聚合物的力学性能、耐热性能、尺寸稳定性等得到改善和提高纳米粒子填充改性聚合物的一个重要目的就是利用其独特的纳米特性来提高复合材料的强度和韧性1 ．2 ．1 纳米粒子的表面改性表面改性是用物理、化学方法对粒子表面进行处理，有目的地改变粒子表面的物理化学性质，如表面原子层结构和官能团、表面疏水性、电性、化学吸附和反应特性等根据D L V O 理论，通常对纳米粒子进行的表面改性就是减少引力位能或增加排斥位能或兼而有之的过程。

1 ．表面物理改性表面物理改性是指无机纳米粒子与其改性剂间除了范德华力、氢键或配位键相互作用外，没有离子键或共价键的相互作用而进行的表面改性 1 ) 沉积法反应改性：利用有机或无机物在粒子表面沉积一层包覆层，以改变其表面性质 2 ) 外膜层法改性( 胶囊式) ：在粒子表面包上一层其它物质膜，包括无机包膜、有机包膜、高分子包膜、复合包膜等，从而使粒子表面特性发生改变， 使纳米粒子趋于稳定 3 ) t J L 械化学改性：在物理粉碎过程中，利用机械应力作用有目的的列粒子表面进行激活，以改变其表面晶体结构和物理化学结构，使其发生畸变和无定形化，同时可能伴随有游离基的形成和表面自由能的升高，然后利用特定的设备和方法使其它物质易于在此活性表面附着 4 ) 粉体．粉体包覆改性依据不同粒子熔点的差异，通过加热使熔点较低的粒子先软化，先软化小粒子后包覆于大粒子表面或使小粒子嵌入到软化的大粒子表面达到改性的目的2 ．表面化学改性表面化学改性是表面改性剂等与粒子表面的一些基团发生化学反应，以达到改性的目的 1 ) 高能表面改性：利用电晕放电、紫外线、等离子体放射线对粒子表面进行改性，使这些原子基团产生具有引发活性的活性种(。