金红石型纳米TIOLT2GT在高分子材料抗老化功能改性中的研究.pdf

四川大学博士学位论文金红石型纳米T i 0 2 在高分子材料抗老化功能改性中的研究材料学专业研究生郭刚指导导师涂铭旌院士金红石型纳米T i 0 2 是一种性能优异的无毒、无味型无机紫外线屏蔽剂，吸收紫外线后不分解不变色，具有优良的稳定性、持久性和安全性它能够散射掉进入高分子材料内的部分紫外线，此外通过电子跃迁吸收部分紫外光能量并以热或荧光的形式释放，避免高分子材料的分子链吸收高能的紫外光后发生断裂，同时具有低可见光散射性因此通过挖掘其在高分子材料中的工程应用潜力，有逐步取代有机紫外线吸收剂的潜能本论文围绕高性能、工程应用和理论研究三个方面，对金红石型纳米T i 0 2 抗老化功能改性高分子材料的抗老化性能及其机理进行了系统和深入的研究，取得了一批有价值的结论，开发了多个商业前景良好的金红石型纳米T i 0 2 改性高分子材料，并申请了六项发明专利本研究达到了预期的研究目标，取得了一些具有理论价值和工程价值的创新性研究成果1 ．采用T E M 、F T I R 、X R D 、U V - V i s 等分析手段分别对金红石型纳米T i 0 2 、普通颜料级体相金红石型T i 0 2 、锐钛矿型纳米T i 0 2 和纳米Z n O 粒子的形貌、大小、物相及光学特性进行了分析和表征。

实验发现：金红石型纳米T i 0 2 的紫外线屏蔽性能优于颜料级体相金红石型T i 0 2 、锐钛矿型纳米T i 0 2 和纳米Z n O ；2 ．采用超高速混合一研磨复合表面改性技术( c D u H 技术) 对金红石型纳米T i 0 2 进行表面改性处理后，可以有效改普其在P P 、A B S 、H I P S 、P C 和聚酯粉末涂料等高分子材料树脂基体中的分散性，电镜照片显示表面处理后的纳米T i 0 2 在高分子材料中的分散性良好；3 ．利用金红石型纳米T i 0 2 对P P 、A B S 、H I P S 、P C 和聚酯粉末涂料等高分子材料进行了抗老化功能改性研究，对高分子领域的有较高耐候要求的诸多四川大学博士学位论文材料在深度和广度上进行了系统的研究并且在传统有机紫外线吸收剂和光稳定剂改性高分子材料的研究基础上，首次提出了“纳米T i 0 2 + 有机紫外线吸收剂+ 紫外光稳定剂+ 有机弹性体”的多种抗老化改性技术集成例如采用抗老化复合改性技术后，可使聚丙烯的断裂延伸率提高1 0 0 ％，冲击强度提高4 0 ％以上，并且经过长时间人工加速老化后的断裂延伸率和冲击强度接近零损伤；4 ．金红石型纳米Y i 0 2 改性粉末涂料的附着力、抗冲击能力得到提高，对比未改性配方和采用有机紫外吸收剂改性配方，纳米T i 0 2 改性配方涂层的抗紫外光老化能力也得到大幅提高，具有优异的抗色变能力和保光性能，使改性粉末涂料达到某些对耐候性要求较高的场合需求，提升产品档次，并且开辟了纳米T i O z 新的工程应用领域，具有良好的应用前景：5 ．利用F T I R 、D S C 、G P C 、H P L C 、S E M 和U V - V i s 等分析手段对改性高分子材料的抗老化机理进行了研究。

通过红外光谱和冲击试样断口分析，分别对纯P P 老化过程中的羰基指数变化和纯A B S 无缺口冲击试样的断面光滑区所占试样断面面积比例与它们的冲击性能的关系进行了定量分析，发现其都与各自的冲击性能变化成线性关系，而改性P P 材料的羰基指数变化不大，改性A B S材料则未出现断面光滑区；老化后的纯P P 、A B S 、H I P S 和P C 分子量及其分布发生较大变化，而复合改性后的P P 、A B S 、H I P S 和P C 材料的分子量及其分布基本没有发生变化随老化时间的延长，纯A B S 的玻璃化温度疋先下降后升高，相比未老化时，老化2 8 天后的瓦上升了9 ．6 9 ℃，而改性A B S 复合材料的玻璃化转变温度并没有随着老化时间的延长而发生明显变化纯P P 、P P ／P O E和P P ／P O E ／H A L S 复合材料薄膜经过紫外光幅照后，其紫外线总透过率p 上升超过1 2 —2 2 ％；添加了O ．5 w t ％纳米面0 2 后的复合材料薄膜p 基本未发生变化：6 ．通过中试放大研究和多家用户的试用重复了实验室的研究结果，从广度和深度上验证了金红石型纳米T i 0 2 抗老化功能改性高分子材料效果的重现性和对高分子材料改性及制品生产工艺、设备的适应性。

这些结果为金红石型纳米T i O ，参与市场竞争提供了很有说服力的试验依据和技术支撑，并且对耐候型高分子材料的设计、制造和性能研究，对新材料、新技术在耐候型高分子材料中的应用研究等方面都具有重要的意义关键词：金红石型纳米T i 0 2 高分子材料改性抗老化紫外线冲击强度色差平均分子量红外光谱断口分析璺型查兰竖主堂堡堡苎I n v e s t i g a t i o no nA g e i n gR e s i s t a n c eo fM o d i f i e dP o l y m e rM a t e r i a l sw i t hN a n o s i z e dR u f f l eT i t a n i u mD i o x i d eM a j o ro f M a t e r i a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n gP o s t g r a d u a t e ：G u oG a n gS u p e r v i s o r ：P r o f _ T uM i n g j i n gN a n o s i z e df u t i l eT i 0 2 ( n a n o 。

r u f f l e ’T i e 2 ) w a sm a s s ‘‘p r o d u c e de a r l ya m o n gm o s ti n o r g a n i cn a n o s i z e dm a t e r i a l s ．D u et oi t sw i t he x c e l l e n tu l t r a v i o l e ts h i e l d i n gf u n c t i o n ，s t a b i l ec h a r a c t e ro fc h e m i s t r yn a n o s i z e dr u t i l eT i e 2p a r t i c l e sh a v eb e e nu s e de x t e n s i v e l yi nm a n yf i e l d ss u c ha ss u n s c r e e nc o s m e t i c s ，a u t o m o t i v et o p c o a t s ，a n t i - u l t r a v i o l e ta n ds oo n ．I tw i l ls u p e r s e d et h eo r g a n i cu l t r a v i o l e ta b s o r b e n t ss t e pb ys t e p ．I nt h i sd i s s e r t a t i o n ，p o l y m e r ／n a n o - r u t i l e —T i e 2c o m p o s i t e sw i t hg r e a ta g e i n gr e s i s t a n c ew e r eo b t a i n e d ．T h em e c h a n i s mo f a g e i n gr e s i s t a n c ew a sa l s oi n v e s t i g a t e d ．D e e pi n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i so nh i g hr 圮r f o r m a n c e ，a p p l i c a t i o na n dt h e o r yo fp o l y m e r ／n a n o - r u t i l e - T i 0 2c o m p o s i t e sw e r ec a r r i e do u t ．Al o to fv a l u a b l ei n f o r m a t i o nw a so b t a i n e dt h a tc a nb eu s e df o rd e v e l o p m e n to f p o l y m e r ／n a n o - r u t i l e —T i 0 2c o m p o s i t e s ，s i xi n v e n t i o np a t e n t sw e r ea p p l i e d ．T h e r e f o r e ，t h i sw o r ko b t a i n e dt h ef o l l o w i n gn e wc r e a t i v er e s u l t sa n dp r o g r e s s e sa n dr e a c h e st h ee x p e c tg o a l s ．1 ．T h em o r p h o l o g y , s i z e ，c o m p o s i t i o na n do p t i c Mc h a r a c t e r i s t i c so fb u l k - r u t i l e ．T i e 2 ，n a n o —f u t i l e —T i 0 2 ，n a n o - a n a t a s e - T i 0 2a n dl l a n o ·Z n Op o w d e r sw e r es t u d i e db yT E M ，F T I R ，X R D ，X P Sa n dU V - V i ss p e c t r u m ．T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h en a n o ·r u t i l e - T i 0 2h a st h es t r o n g e s tU Va b s o r p t i o na tt h es a m et h i c k n e s s ，a n dt h eU V - s h i e l dm e c h a n i s mo ft h e s em a t e r i a l sw a sa l s od i s c u s s e d ．2W h e nt h es u r f a c ew a sp r o c e s s e db yu l t r a —h i g hs p e e dm i x e r - g r i n dc o m p l e xt e c h n i c( C D U Ht e c h n i c ) ，l l a n o - r u f f l e —T i 0 2c o u l db ew e l ld i s p e r s e di np o l y m e rm a t r i x ( P P 。

A B S ，H I P S ，P Ca n dp o l y e s t e r - T G l Cp o w d e rc o a t i n g s ) o nn a n o s c a l e ．T h ep a p e ra l s os t u d i e st h ed i s p e r s i o ns t a t eo f n a n o —r u t i l e —T i 0 2i np o l y m e rm a t r i xw i t ht h ea i do f S E Ma n dT 。