纳米二氧化硅复合核-壳共聚物的制备及其与聚氯乙烯共混改性的应用研究

摘要

本论文重点在于系统研究了两种硅烷偶联剂对纳米SiO2的表面修饰，并且分别以未修饰的纳米SiO2，修饰后的纳米SiO2为核，成功地合成一系列纳米SiO2/ACR复合材料，并与聚氯乙烯共混后，对聚氯乙烯的抗冲击性能有不同程度的提高。 采用硅烷偶联剂γ-(甲基丙烯酰)丙基三甲氧基硅烷(MPS)和氨丙基三乙氧基硅烷(APS)处理纳米SiO2，并用FTIR、ζ-电势、TG、TEM对纳米SiO2的修饰效果进行了表征。结果表明：纳米SiO2的接枝包覆率随偶联剂MPS加入量的增加而增加；当pH值为4，MPS/SiO2为50wt％，时间为90min时，纳米SiO2表面MPS的接枝包覆率达到35.7％；此时纳米SiO2粒子在乙醇中分散均匀。 分别以未修饰的SiO2、MPS-SiO2和APS-SiO2为核，丙烯酸酯为共聚单体，采用种子乳液聚合技术制备了具有核-壳结构的SiO2/ACR复合乳胶粒子。在实验的基础上，确定了最佳原料配比和工艺条件，研究了影响乳液聚合及乳胶粒结构的因素，结果表明，当以未修饰的SiO2、APS-SiO2为核，合成的乳胶粒结构呈现非正常核-壳结构，放置稳定性差，有凝胶现象；当MPS-SiO2为核时，复合胶乳TEM照片显示，粒子呈现规整的核-壳结构，放置稳定性好；破乳烘干后，复合乳胶粒子在PVC基体中的分散效果优于未修饰的SiO和APS-SiO2为核的复合乳胶粒子。纳米粒子表面性质、复合乳胶粒子的尺寸及其分布、纳米SiO2-聚合物之间的粘接状态对共混物的力学性能有重要影响，当BA/MMA=60/40，SiO2/monomer=20/100，100份PVC中加入6份MPS-SiO2/ACR时，冲击强度提高3倍，而且拉伸强度仅下降4％；同纯PVC的流动性相比，核壳乳胶粒子的加入，使复合树脂的流动性能得到改善。 采用离心分离方法将乳液中的MPS-SiO2(L)/ACR复合乳胶粒子与自成核的ACR胶乳粒子进行分离，并用FTIR、TGA表征了分离产物，定量计算了纳米粒子表面的接枝效率，这对于直接采用修饰后纳米粒子与一定比例ACR混合，提高PVC冲击强度的同时，降低成本、简化工艺流程，提出了新的思路，此项研究未见文献报道；共混物的力学性能研究表明，以大粒径的纳米SiO2为核制备的乳胶粒子对PVC的增强效果比小粒径的更为明显；而冲击强度的改善效果较差。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1纳米粒子的特性

§1.2硅烷偶联剂对纳米无机粒子表面修饰处理的研究进展

1.2.1引言

1.2.2纳米材料的表面修饰方法

1.2.3硅烷偶联剂对纳米粒子的表面修饰

1.2.4无机纳米粒子/偶联剂/聚合物复合体系的界面模型

1.2.5结论

§1.3纳米粒子/聚合物核壳复合粒子改性PVC研究进展

§1.4本课题研究内容

第二章纳米SiO2表面修饰处理研究

§2.1实验部分

2.1.1主要原料及仪器

2.1.2纳米SiO2的表面修饰处理

2.1.3红外光谱(FTIR)分析

2.1.4ζ-电势分析

2.1.5 TEM分析

2.1.6热失重(TGA)分析

§2.2结果与讨论

2.2.1红外光谱分析

2.2.2ζ-电势表征纳米SiO2表面处理效果

2.2.3热失重表征纳米SiO2表面处理效果

2.2.4处理后的纳米SiO2的水解稳定性

2.2.5 MPS处理后的纳米SiO2的TEM照片

2.2.6氨基硅烷(APS)对纳米SiO2的处理

§2.3本章小结

第三章SiO2/PBA/PMMA纳米复合材料的制备、结构及与PVC共混性能

§3.1实验部分

3.1.1主要原料及处理

3.1.2 SiO2/PBA/PMMA乳胶粒子的合成

3.1.3纳米SiO2/PBA/PMMA胶乳粒径及其分布的测定

3.1.4乳液聚合中单体转化率的测定

3.1.5纳米SiO2/PBA/PMMA胶乳组成分析

3.1.6共混物及复合树脂力学性能的测试

§3.2结果与讨论

3.2.1聚合工艺对乳胶粒子粒径的影响

3.2.2聚合工艺对乳胶粒子单体转化率的影响

3.2.3合成乳液放置稳定性

3.2.4 SiO2/PBA/PMMA/PVC共混物的力学性能研究

3.2.5不同填料与PVC共混物的力学性能研究

3.2.6 SiO2/PBA/PMMA/PVC共混物的流变性能

§3.3本章小结

第四章MPS-SiO2/PBA/PMMA纳米复合材料的制备、结构及与PVC共混性能

§4.1实验部分

4.1.1主要原料及处理

4.1.2 MPS-SiO2/PBA/PMMA乳胶粒子的合成

4.1.3 MPS-SiO2/PBA/PMMA胶乳粒径及其分布的测定

4.1.4乳液聚合中单体转化率的测定

4.1.5共混物及复合树脂力学性能的测试

4.1.6 MPS-SiO2/PBA/PMMA复合乳胶粒子的形态结构

4.1.7 MPS-SiO2/PBA/PMMA/PVC共混物的结构分析

4.1.8复合树脂(维卡)软化点温度的测定

§4.2结果与讨论

4.2.1聚合工艺对乳胶粒子粒径的影响

4.2.2合成工艺条件对单体转化率的影响

4.2.3 MPS-SiO2/PBA/PMMA乳胶粒子的形态结构

4.2.4合成乳液放置稳定性

4.2.5 MPS-SiO2/PBA/PMMA对共混PVC力学性能的影响

4.2.6 MPS-SiO2/PBA/PMMA/PVC的维卡软化点的影响

4.2.7 MPS-SiO2/PBA/PMMA在PVC基体中的透射电镜照片(TEM)

4.2.8 MPS-SiO2/PBA/PMMA/PVC共混物缺口冲击试样断面的形态(SEM)

4.2.9 MPS-SiO2/PBA/PMMA/PVC共混体系的流变性能

§4.3本章小结

第五章APS-SiO2/PBA/PMMA纳米复合材料的制备、结构及与PVC共混性能

§5.1实验部分

5.1.1主要原料及处理

5.1.2 APS-SiO2/PBA/PMMA乳胶粒子的制备

5.1.3APS-SiO2PBA/PMMA胶乳粒径及其分布的测定

5.1.4共混物及复合树脂力学性能的测试

5.1.5冲击样条断面扫描电子显微镜(SEM)分析

§5.2结果与讨论

5.2.1聚合工艺对乳胶粒子粒径的影响

5.2.2合成乳液放置稳定性

5.2.3APS-SiO2/PBA/PMMA对共混PVC力学性能的影响

5.2.4 APS-SiO2/PBA/PMMA/PVC共混物缺口冲击试样断面的形态(SEM)

§5.3本章小结

第六章MPS-SiO2(L)/PBA/PMMA纳米复合材料的制备、结构及与PVC共混性能

§6.1实验部分

6.1.1主要原料及处理

6.1.2纳米MPS-SiO2(L)/PBA/PMMA乳胶粒子的制备

6.1.3 MPS-SiO2(L)/PBA/PMMA复合乳胶粒子与胶束成核的乳胶粒子的离心分离

6.1.4MPS-SiO2(L)/PBA/PMMA胶乳粒径及其分布的测定

6.1.5红外光谱(FTIR)分析

6.1.6热失重(TGA)分析

6.1.7共混物及复合树脂力学性能的测试

6.1.8 MPS-SiO2(L)/PBA/PMMA复合乳胶粒子的形态结构

§6.2结果与讨论

6.2.1预乳液乳化剂浓度对固含量及乳胶粒子粒径的影响

6.2.2分离后样品的FTIR分析

6.2.3分离后样品的TGA分析

6.2.4聚合工艺对纳米粒子接枝效率的影响

6.2.5 MPS-SiO2(L)/PBA/PMMA乳胶粒子的形态结构

6.2.6 MPS-SiO2(L)/PBA/PMMA/PVC共混物的性能

§6.3本章小结

第七章结论

参考文献

致谢

攻读硕士士学位期间所取得的相关科研成果