PMMA/埃洛石纳米复合材料的制备及机械性能研究

摘要

埃洛石纳米管(halloysite nanotubes, HNTs)由于具有优越的热稳定性、补强性、耐腐蚀性等特点一直作为重要填料之一广泛应用于橡胶、塑料等领域。然而HNTs由于表面羟基的存在导致其表面能态较高,在基体中较易团聚,影响纳米复合材料的性能,从而限制了HNTs的应用,针对此问题通常采用不同手段对HNTs进行表面改性,可在一定程度上改善其在聚合物基体中的分散,却也使得纳米复合物的制备流程变得更加繁琐。
　　本论文选用甲基丙烯酸甲酯(MMA)作为聚合物基体,分别与少量阳离子单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)和阴离子单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)在悬浮体系中合成离子型共聚物,同时原位添加外表面显负电性、内表面显正电性的未改性HNTs,根据正负电荷之间静电相互作用原理,制备聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/HNTs复合微球并制成纳米复合材料。通过1H-NMR、Zeta电位分析、FT-IR、SEM以及GPC等手段对复合微球的制备、共聚物基体与HNTs间的静电相互作用以及阴阳离子单体和HNTs的加入对PMMA的微球形貌和分子量的影响进行表征,并对纳米复合材料的机械性能进行对比研究。
　　结果分析表明,复合微球中PMMA基离子型共聚物成功制备;离子单体的引入对PMMA的微球形貌和分子量均无明显影响,而HNTs的加入则对PMMA的微球形貌和分子量均有微弱影响。将阳离子单体DMC作为共聚单体时,共聚物基体与HNTs间具有较强的静电相互作用;而将阴离子单体APMS作为共聚单体时,共聚物基体与HNTs间具有较弱的静电相互作用;当阳离子单体DMC作为共聚单体并原位填充一定比例的HNTs时,纳米复合材料的机械性能有较大程度的提升,尤其是弯曲强度提升最为显著。其中,当DMC和HNTs的添加比例分别为10vol％和1.5wt%时,纳米复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别比纯PMMA提高了47.5%和164.9%;当阴离子单体AMPS作为共聚单体并原位填充HNTs时,纳米复合材料的机械性能较纯PMMA相比也有一定程度的提升,当AMPS和HNTs的添加比例分别为5wt%和1.0wt%时,纳米复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别比纯PMMA提高了13.6%和89.5%,但与DMC相比,无论是拉伸性能还是弯曲性能,改善效果不太显著。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 天然无机纳米管——HNTs

1.3 PMMA/HNTs纳米复合材料

1.4 静电相互作用

1.5 本论文的研究目的和意义

第二章 PMMA/HNTs复合微球的制备

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 表征与测试

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

第三章 PMMA/HNTs纳米复合材料的机械性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 表征与测试

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

第四章 全文结论

参考文献

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