有机无机杂化纳米复合材料PMMA/TiO2的制备及性能研究

摘要

由于纳米无机物与聚合物基体之间的协同作用，使得聚合物基无机纳米杂化材料具有许多新奇的特性。有机/无机纳米杂化材料的组装以及相关的纳米技术已成为制备新型纳米复合材料的研究热点。
　　有机玻璃(PMMA)是透明性最好的聚合物材料之一，具有优良的韧性、光学性能、电绝缘性和加工性能。在防弹玻璃、窗玻璃、仪表配件、光学器具、建筑材料等方面有着广阔的应用。由于在耐热性和韧性等方面存在不足，其应用范围受到限制。化学交联和纳米复合是提高有机玻璃耐热和力学等性能的重要途径。将无机粒子的刚性、热稳定性和有机物的韧性、介电性、加工型等有机地结合起来，得到性能优异的复合材料，实现塑料的功能化、通用塑料的工程化。纳米TiO2是一种良好的紫外吸收剂。将改性的纳米TiO2加入PMMA，既可以提高它的抗紫外线辐射的性能，同时对它的热学性能也有所改善。
　　本文先对用硅烷偶联剂MPS/KH570改性了的纳米TiO2颗粒进行了PMMA包覆，形成了以纳米TiO2颗粒为核PMMA为壳的核壳结构，然后再将此核壳结构的纳米粒子掺杂到有机玻璃中，制备了有机-无机杂化的纳米复合材料PMMA/TiO2，并通过扫描电镜、XRD、红外光谱、热重及三点弯曲实验对实验样品进行了测试及分析。
　　核壳结构的纳米复合粒子的测试结果表明，经过引发剂引发甲基丙烯酸甲酯单体与接枝到TiO2表面的MPS/KH570双键发生聚合反应，形成以PMMA为壳，纳米TiO2粒子的纳米复合粒子。发生在TiO2表面上的反应是一种非均相反应聚合，其反应效率取决于固体表面上存在的双键基团的数量，MPS/KH570可以提供这样的双键基团，双键与甲基丙烯酸甲酯单体发生共聚反应，在颗粒表面形成了聚合物壳。
　　热稳定性分析表明，TiO2通过偶联剂与PMMA化学键结合，TiO2-MPS/KH570纳米颗粒对PMMA改性提高了PMMA材料的热分解温度，随着TiO2-MPS/KH570-PMMA粒子掺杂比例的增大，杂化材料的热分解温度逐渐提高。
　　光学性能分析表明，随着TiO2-MPS/KH570-PMMA粒子掺杂比例的增大，有机玻璃的光学性能下降。
　　力学性能的表征显示，所得复合材料板性能不佳，有待进一步改进。结果分析表明，采取有效措施使TiO2-MPS/KH570-PMMA粒子更加均匀的分散在有机玻璃板中，并且减少实验中产生的气泡，可使有机玻璃板力学性能有效提高。

目录

有机无机杂化纳米复合材料PMMA/TiO2的制备及性能研究

STUDY ON PREPARATION ANDPROPERTIES OF ORGANIC-INORGANICHYBRID PMMA/TiO2NANOCOMPOSITES

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 有机无机纳米复合材料的研究进展

1.2 纳米TiO2 及其改性研究进展

1.3 PMMA/TiO2 有机无机纳米复合材料研究进展

1.4 本文研究内容

第2章 实验方法与复合材料制备

2.1 聚合物/无机纳米复合材料的制备方法

2.2 TiO2/KH570 纳米复合粒子的制备

2.3 杂化纳米复合材料的制备

2.4 本章小结

第3章 纳米复合粒子的制备及分析

3.1 结果分析

3.2 本章小结

第4章 杂化纳米复合材料的制备及性能分析

4.1 TiO2-KH570-PMMA 复合材料板的性能分析

4.2 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致谢