纳米二氧化硅表面引发接枝尼龙6的制备及性能研究

摘要

聚合物基有机/无机杂化材料作为新型的先进材料,越来越受到人们的重视。无机材料如蒙脱土、纳米二氧化硅等具有很好的热稳定性和刚性,因此在聚合物基体中掺杂纳米材料能显著增强聚合物的热性能和机械性能。纳米二氧化硅粒子被广泛用于填充改性聚合物以增强、增韧聚合物基体。然而,纳米二氧化硅粒子表面能高,极易发生团聚,使其作为纳米材料的优点不能很好的表现,直接填充到聚合物基体中,很难发挥其作用。故而,要制备尼龙6纳米复合材料,纳米粒子的均匀分散是关键因素。因此,对纳米二氧化硅粒子表面进行改性,使之较好地分散到尼龙6基体中,增强二氧化硅与尼龙6基体的相容性,具有重要意义。
　　 本文提出了一种表面接枝法来制备尼龙6纳米复合材料。首先,利用纳米二氧化硅表面的羟基,与一定量的2,4-甲苯二异氰酸酯的对位异氰酸根进行反应,剩余的邻位异氰酸根再通过己内酰胺单体进行封端,制备接枝有己内酰胺单体的纳米二氧化硅,再以此作为活化剂,采用自制的己内酰胺钠为引发剂,于170℃下在纳米二氧化硅表面引发己内酰胺阴离子聚合,制备尼龙6/二氧化硅纳米复合材料。由于酰基化己内酰胺基团的存在有利于己内酰胺阴离子的亲核进攻,反应具有较低的活化能,聚合反应能在较短的时间内完成。作为对比例,我们还利用2,4-甲苯二异氰酸酯作为活化剂,在类似的反应条件下,制备了纯尼龙6和尼龙6/纳米SiO2共混物。
　　 作者对实验中合成的活化剂用红外检测方法进行表征,用TGA测定活化剂中纳米二氧化硅表面有机物接枝率,并探讨了异氰酸根与纳米二氧化硅表面羟基的摩尔比,反应温度和催化剂对接枝率的影响,对活化剂的制备工艺进行了优化。接枝聚合物终产品则利用DSC,TGA,SEM以及DMA手段分别表征了复合材料的结晶性能、热性能、动态力学性能和纳米粒子在尼龙6基体中的分散性能。结果表明,纳米二氧化硅的加入对尼龙6的结晶有一定的影响；相对于纯尼龙6和尼龙6/纳米SiO2共混物,本文所制备的纳米二氧化硅接枝尼龙6具有更好的耐热性和刚性；相比于共混物,纳米二氧化硅接枝尼龙6中纳米无机粒子均匀地分散在尼龙6基体中。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 聚合物基纳米复合材料概述

1.1.1 纳米复合材料的概念及分类

1.1.2 纳米粒子对高分子材料的改性

1.1.3 聚合物基纳米复合材料的制备方法

1.1.4 聚合物基纳米复合材料的性能

1.2 尼龙6的制备方法

1.2.1 尼龙6的水解聚合方法

1.2.2 尼龙6的阴离子聚合方法

1.3 阴离子法制备尼龙6纳米复合材料研究进展

1.4 本课题的研究意义及思路

1.4.1 本课题的研究意义

1.4.2 本课题拟采取的研究思路

第2章 纳米二氧化硅接枝己内酰胺的制备及表征

2.1 药品与仪器

2.1.1 所用化学试剂

2.1.2 部分试剂的纯化

2.1.3 所用实验仪器

2.2 纳米二氧化硅接枝己内酰胺活化剂的制备

2.2.1 纳米二氧化硅的活化处理

2.2.2 纳米二氧化硅的异氰酸酯官能化

2.2.3 纳米二氧化硅表面接枝己内酰胺(纳米SiO2-g-CL)的合成

2.3 分析测试

2.3.1 SEM测定

2.3.2 纳米二氧化硅表面有机物接枝率的测定

2.3.3 FT-IR检测

2.3.4 TGA测定

2.4 结果与讨论

2.4.1 纳米二氧化硅的粒径及形态

2.4.2 纳米SiO2-g-CL活化剂的制备工艺

2.4.3 产物结构分析及TGA测定

2.5 本章小结

第3章 纳米二氧化硅表面接枝尼龙6的制备及性能测试

3.1 药品与仪器

3.1.1 所用化学试剂

3.1.2 部分试剂的纯化

3.1.3 所用实验仪器

3.2 尼龙6阴离子聚合实验

3.2.1 引发剂的合成

3.2.2 阴离子聚合方法制备纯尼龙6

3.2.3 接枝法制备尼龙6／纳米二氧化硅复合材料（纳米Si02-g-PA6）

3.2.4 共混法制备尼龙6／纳米二氧化硅复合材料（PA6/纳米Si02）

3.3 产品的提纯

3.4 分析测试

3.4.1 FT-IR检测

3.4.2 单体转化率实验

3.4.3 尼龙6的特性粘度的测定

3.4.4 SEM测定

3.4.5 DSC测定

3.4.6 TGA测定

3.4.7 DMA测定

3.5 结果与讨论

3.5.1 尼龙6的阴离子聚合机理

3.5.2 尼龙6阴离子聚合条件的选择

3.5.3 阴离子型纯尼龙6和纳米Si02-g-PA6的制备及表征

3.5.4 纳米Si02-g-CL添加量对聚合反应及产物粘度的影响

3.5.5 聚合时间对接枝聚合物量的影响

3.5.6 相结构的表征

3.5.7 产品性能的测试

3.6 本章小结

结论

参考文献

致谢

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