阳离子单体结构对静电调控二氧化硅纳米粒子分散制备PMMA复合材料的影响

摘要

在聚合物基纳米复合材料的制备过程中，如何将纳米粒子有效的分散，并且引入到不同极性的基体中，仍然保持其稳定性是一个需要解决的重要问题。两亲型化合物在防止纳米粒子团聚的过程中起到了重要作用。两亲型化合物的结构、组成和化学性质都会影响纳米粒子在溶液中的分散以及与聚合物基体的相容性。因此，选择合适的两亲型化合物分散和稳定纳米粒子，是最终得到期望的复合材料性能的关键步骤。
　　本文选取SiO2为无机纳米粒子，PMMA为主要的共聚物组成，采用原位悬浮聚合的方式制各纳米复合材料。选取了三类辅助分子，只有正电荷基团的十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）、只有可聚合基团的2-甲基-2-丙烯酸十六烷基酯(MEC)、以及具有不同烷基链长的既有正电荷基团也有可聚合基团的阳离子单体，分散SiO2，并制备复合微球。通过液体核磁(1H-NMR)、透射电镜(TEM)，傅里叶变换红外光谱(FTIR)、凝胶渗透色谱(GPC)以及扫描电子显微镜(SEM)等测试手段对纳米复合微球的制备、SiO2的分散、共聚物基体与SiO2间的相互作用以及不同结构的辅助分子的加入对PMMA的微球表面形貌和分子量的影响进行表征，同时进行力学性能的测试。
　　结果分析证明，成功制备了不同烷基链长的阳离子单体，并且阳离子单体能够与MMA有效的共聚;当辅助分子中的带正电荷基团和可聚合基团共同作用时，复合材料的各项性能才能够达到最佳。辅助分子DTAB、MEC和阳离子单体的加入对纳米复合微球的形貌和分子量有一定的影响，其中，阳离子单体的烷基链越长，聚合物的分子量越低。DTAB和MEC的加入，能够在一定程度上提高SiO2与聚合物基体之间的界面相互作用，但阳离子单体的加入更有利于提高界面相互作用。在不同烷基链长的阳离子单体中，甲基丙烯酰氧乙基己基三甲基溴化铵(C6MEDAB)的加入使得纳米复合材料的界面相互作用以及SiO2在基体中的分散效果最佳。纳米复合材料的力学性能结果表明，阳离子单体的结构最有利于提高复合材料的力学性能，且当阳离子单体的烷基链长较低时，材料的力学性能最佳，其中P(MMA-co-C6MEDAB)/SiO2的各项力学指标均得到明显提高，其复合材料的拉伸强度和弯曲强度较PMMA分别提高了23.1％和60.0％，体现出最佳的力学性能。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 PMMA／SiO2纳米复合材料

1．2．1 纳米材料的结构和性质

1．2．2 纳米SiO2的性质和表面改性方法

1．2．3 PMMA的性质和改性方法

1．2．4 PMMA／SiO2纳米复合材料的研究进展

1．3 静电相互作用在复合材料中的应用

1．4 阳离子单体

1．4．1 阳离子单体的结构与性质

1．4．2 阳离子表面活性单体的应用

1．5 本论文的研究目的和意义

第二章 阳离子单体的结构对PMMA／SiO2纳米复合材料的影响

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 主要原料及仪器设备

2．2．2 阳离子单体C12MEDAB的合成

2．2．3 MMA的提纯

2．2．4 PMMA／SiO2微球的制备

2．2．5 PMMA／SiO2微球的抽提

2．2．6 力学试样的制备

2．3 表征与测试

2．3．1 1H液体核磁分析(1H-NMR)

2．3．2 扫描电子显微镜分析(SEM)

2．3．3 傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)

2．3．4 复合材料的超薄切片透射电子显微镜分析(TEM)

2．3．5 凝胶渗透色谱分析(GPC)

2．3．6 力学性能测试

2．4 结果与讨论

2．4．1 阳离子单体的结构对SiO2的分散及界面相互作用原理的阐释

2．4．2 C12MEDAB的结构以及辅助分子的加入对纳米复合微球形貌和分子量的影响

2．4．3 SiO2与基体的界面相互作用以及分散性表征

2．4．4 复合材料力学性能表征

2．4．5 复合材料的断口扫描分析

2．5 本章小结

第三章 阳离子单体的烷基链长对PMMA／SiO2纳米复合材料的影响

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要原料及仪器设备

3．2．2 阳离子单体的制备

3．2．3 MMA的提纯

3．2．4 PMMA／SiO2微球的制备

3．2．5 PMMA／SiO2微球的抽提

3．2．6 力学试样的制备

3．3 表征与测试

3．3．1 1H液体核磁分析(1H-NMR)

3．3．2 纳米SiO2透射电子显微镜分析(TEM)

3．3．3 扫描电子显微镜分析(SEM)

3．3．4 傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)

3．3．5 复合材料的超薄切片透射电子显微镜分析(TEM)

3．3．6 凝胶渗透色谱分析(GPC)

3．3．7 力学性能测试

3．4 结果与讨论

3．4．1 阳离子单体的烷基链长对SiO2分散及界面相互作用原理的阐述

3．4．2 阳离子单体的结构以及其对SiO2分散的影响

3．4．3 阳离子单体的结构对微球形貌和分子量的影响

3．4．4 SiO2与基体界面相互作用以及其分散性的表征

3．4．5 复合材料力学性能表征

3．4．6 拉伸断口形貌分析

3．5 本章小结

第四章 全文结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢