纳米SiO2表面包覆处理及其与PET的复合研究

摘要

通过添加无机纳米粉体材料对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)进行改性是国内外研究的热点，但是由于无机纳米粒子之间有着强烈的团聚倾向，与有机聚合物亲和性差，难以获得理想的复合材料。本论文的研究内容就是紧紧跟踪国内外的研究前沿，并充分考虑到研究结果的成本及实用性，采用化学表面包覆的方法对纳米SiO2进行预处理，解决纳米SiO2在PET基体中的团聚问题，使SiO2均匀分散于聚酯中，制备出性能优良的纳米改性聚酯材料。在此基础上，本论文还采用双向拉伸工艺，研究了该种纳米改性聚酯的加工成膜性能，并进行了相关性能检测，为最终实现产业化提供实验依据。
　　本论文首先将用偶联剂甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)处理过的纳米SiO2，加入甲基丙烯酸甲酯的无皂乳液聚合体系中，在其表面再包覆一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，形成以烷基化纳米SiO2为核,以PMMA为壳层的核壳结构。系统研究了纳米SiO2用量、MMA单体用量及加入方式、引发剂用量、聚合反应温度等因素对无皂乳液聚合反应的影响,通过FT-IR表征了产物,证明偶联剂中的双键参加了自由基反应使PMMA大分子接枝在SiO2表面，并分析了聚合机理。在此基础上采用苯乙烯单体做了对比，采用乳液聚合路线合成出SiO2-PS复合粒子。
　　分别采用双螺杆挤出熔融共混和原位聚合的方法将研制的包覆改性纳米SiO2加入到聚酯树脂中，制备纳米改性聚酯复合材料。研究结果发现，在采用原位聚合改性时，反应温度下SiO2表面包覆的有机物分解严重，原位聚合方法不适合本论文选用的有机包覆体系；在熔融共混改性时，SiO2-PS粒子由于耐热性较差难以通过熔融共混法制备高含量的PET复合材料；SiO2-PMMA粒子可以通过熔融共混法制备出分散性良好的PET复合材料。
　　采用透射电镜对熔融共混法制备的纳米PET进行表征，结果显示PMMA包覆处理后的SiO2分散性能有所提高，但没有达到纳米级分散，SiO2-PMMA粒子在PET基体中呈圆球型，大部分粒径分布在100nm～200nm间，采用挤出熔融共混难以破碎SiO2表面包覆的大团有机物。SiO2-PS粒子呈“琥珀”结构，SiO2粒子镶嵌在PS颗粒中形成大颗粒，分散情况很差。
　　最后对纳米改性聚酯树脂的力学性能以及由该树脂制备的薄膜材料的光学性能进行了较为详细的研究，实验结果表明，当SiO2含量较低(1～2wt％)时聚酯树脂及其薄膜的各种性能得到明显提高。

目录

纳米SiO2表面包覆处理及其与PET的复合研究

STUDY OF PMMA COATED SURFACE OF NANO-SiO2 AND MODIFING PET WITH IT

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 前言

1.2 课题来源与意义

1.3 国内外制备有机/无机纳米复合材料的研究现状

1.3.1 纳米材料的基本特性

1.3.2 聚合物基有机/无机纳米复合材料制备方法

1.3.3 纳米粒子的分散原理

1.3.4 纳米粒子的分散方法

1.3.5 纳米粒子的化学分散技术

1.3.6 SiO2/有机聚合物复合材料及其性能

1.4 本课题的研究内容

第2章 实验部分

2.1 实验原料与设备

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验设备

2.2 烷基化纳米SiO2表面包覆实验及接枝表征

2.2.1 无皂乳液聚合制备SiO2-PMMA粒子

2.2.2 SiO2-PMMA粒子的IR表征

2.2.3 改性SiO2粒子烧蚀实验

2.2.4 乳液聚合制备SiO2-PS粒子

2.3 PET/纳米SiO2复合材料的制备

2.3.1 共混法制备PET/SiO2复合材料

2.3.2 原位聚合法制备PET/SiO2复合材料

2.3.3 PET/SiO2复合材料的性能表征

2.3.4 PET/SiO2复合材料测试样的准备

2.3.5 透射电镜(TEM)观察实验

2.3.6 PET/SiO2复合材料特性粘度实验

2.3.7 PET/SiO2复合材料流变性能实验

2.3.8 PET/SiO2复合材料的拉膜实验

2.3.9 PET/SiO2复合材料力学性能检测

2.3.10 PET/SiO2复合薄膜的光学性能检测

第3章 纳米SiO2表面包覆处理及接枝表征

3.1 MMA无皂乳液聚合包覆烷基化纳米SiO2

3.1.1 引发剂用量对聚合反应的影响

3.1.2 纳米SiO2用量对聚合反应的影响

3.1.3 MMA单体用量对聚合反应的影响

3.1.4 温度对聚合反应的影响

3.1.5 单体加入方式对聚合反应的影响

3.2 SiO2-PMMA粒子的IR表征及烧蚀实验结果

3.3 乳液聚合包覆SiO2粒子机理的初步探讨

3.4 本章小节

第4章 PET/SiO2复合材料的制备及性能表征

4.1 PET/SiO2复合材料的制备

4.2 PET/SiO2复合材料的性能表征

4.2.1 SiO2在PET中的分散

4.2.2 PET/SiO2复合材料特性粘度

4.2.3 PET/SiO2复合材料的流变性能

4.2.4 PET/SiO2复合材料力学性能

4.2.5 PET/SiO2复合材料薄膜的光学性能

4.3 本章小节

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

致谢