聚合物-棒狀納米粒子復合材料的制備與性能研究.pdf

1、本文以一種天然棒狀納米粒子一凹凸棒(attapulgite)為無機組分,分別通過溶液方法、熔融共混的方法制備了聚酰亞胺/凹凸棒納米復合材料、聚甲基丙烯酸甲酯/凹凸棒納米復合材料。發(fā)展了兩種用于凹凸棒表面改性處理的新方法,對改性前后的凹凸棒進行了詳細表征。綜合測試了聚酰亞胺/凹凸棒納米復合材料以及聚甲基丙烯酸甲酯/凹凸棒納米復合材料的結(jié)構(gòu)形態(tài)、力學性質(zhì)和熱學性質(zhì),并初步討論了復合材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。
　　 首先利用聚脲化學對

2、凹凸棒進行表面改性。利于4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯將凹凸棒表面的羥基轉(zhuǎn)化為異氰酸酯基后,再通過聚脲化學反應將兩種不同的芳香族二胺(ODA和MDA)接枝到凹凸棒表面。利于FTIR、XRD、TGA等對凹凸棒的提純、有機化處理進行了表征,并首次研究了表面處理前后凹凸棒在有機溶劑中的膠體穩(wěn)定性,通過SEM、TEM等觀察了凹凸棒土的分散情況。結(jié)果表明,表面處理后的凹凸棒保留了納米棒狀形態(tài),在有機溶劑中更易分散,膠體穩(wěn)定性顯著提高。
　　

3、 ODA修飾的凹凸棒表面分子擁有與聚酰亞胺的單體相同的結(jié)構(gòu),且能與聚酰胺酸鏈端的羧基發(fā)生反應,因而被用來制備共價鍵合的聚酰亞胺/凹凸棒納米復合材料。SEM和TEM的結(jié)果顯示在較低含量時凹凸棒在聚酰亞胺基體中分散得非常均勻,有機-無機兩相間沒有明顯的相分離。拉伸測試顯示復合材料的拉伸模量隨著凹凸棒含量的增大而提高,15 wt％凹凸棒含量時的拉伸模量相對純聚酰亞胺材料提高了70％。復合材料的拉伸強度和斷裂伸長率則隨凹凸棒含量的增大先增大后

4、降低。動態(tài)力學分析顯示復合材料的儲能模量依次增大,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度向高溫方向移動。同時,復合材料的熱分解溫度也有較大提高。
　　 其次我們利用環(huán)氧與硅醇之間的反應用烯丙基縮水甘油醚(AGE)對凹凸棒表面進行改性,使AGE-g-ATT的表面帶有可聚合的雙鍵,繼而引發(fā)AGE-g—ATT與MMA的共聚合反應,得到有機化的凹凸棒土(OATT)。利用FTIR、XPS、TGA等方法對有機處理前后的凹凸棒進行表征。由于表面接枝有聚合物鏈,有機化

5、凹凸棒在有機溶劑中的懸浮穩(wěn)定性明顯提高,TEM的結(jié)果也說明有機化凹凸棒在有機溶劑中分散更加均勻。我們采用熔融共混的方法制備了PMMA/OATT納米復合材料。通過對PMMA/OATT復合材料進行結(jié)構(gòu)與性能的表征,發(fā)現(xiàn)凹凸棒在PMMA基體中分散較均勻。復合材料的動態(tài)儲能模量隨OATT的加入略有升高,且Tg向高溫方向移動。拉伸測試的結(jié)果顯示復合材料的斷裂強度和伸長率略有降低,但初始模量有較大提高。流變結(jié)果顯示復合材料的存儲模量和損耗模量均略高