刚性棒状聚电解质分子复合材料的研究

摘要

分子复合材料是以刚性棒状大分子作为增强体、柔性聚合物为基体的高分子复合材料。分子复合材料的概念自1979年出现后便受到广泛关注。由于具有较大的长径比、高强度、高模量及高耐热性等一系列优点，刚性棒状大分子是复合材料理想的增强体。然而，由于刚性大分子与柔性基体的热力学不相容性，需通过分子设计引入化学或物理相互作用使相容性提高。本文合成了磺化芳香族聚酰胺及聚席夫碱，并将其作为刚性棒状大分子引入聚乙烯醇(PVA)及海藻酸钠(SA)基体中，研究复合物的结构与性能。
　　(1)通过界面缩聚法合成磺化聚对苯二甲酰对苯二胺(sPPTA)及磺化聚对苯二甲酰联苯二胺(PBDT)，用溶液浇膜法制备了PVA/sPPTA、PVA/PBDT及SA/PBDT复合材料，研究了sPPTA及PBDT在柔性基体中的分散状态及其对复合材料的耐热性及力学性能的影响。透射电镜及X射线衍射等结果表明，当含量较低时，sPPTA在PVA基体中分散良好，且使复合材料的拉伸强度明显提高。当sPPTA添加量为5wt％时，sPPTA/PVA复合材料的拉伸强度可达169±13MPa，比纯PVA强度增加约54％。随着sPPTA含量继续增加，可以观察到其在PVA基体中以微纤形式存在于基体中，并且对PVA的增强效果超过了多壁碳纳米管(MWNTs)，气相生长碳纤维(VGCFs)及纳米金刚石，且制备方法简便。而PVA/PBDT复合材料中则出现PBDT的分子聚集现象，且增强效果不如sPPTA明显。另一方面，sPPTA无法溶解于SA溶液中，而PBDT则可与SA形成复合膜。扫描电镜结果表明PVA/PBDT体系出现相分离，但由于PBDT相与SA基体的结合力较强，能够有效传递应力，所以增强效果依然显著。当PBDT含量为10 wt％时，其拉伸强度可达94±10MPa，比纯SA膜强度增加了约67％。
　　(2)通过界面缩聚法合成了磺化芳香族聚席夫碱(PSB)，用溶液浇膜法制备了PVA/PSB分子复合材料。研究了PSB在PVA中的分散状态及PVA/PSB分子复合材料的耐热性及力学性能。透射电镜，X射线衍射及偏光显微镜等结果表明PSB在PVA中分散良好，在低PSB含量下未发现聚集现象。PVA/PSB-13wt％的拉伸强度达154±8MPa，约比纯PVA增加了40％，随着PSB继续增加，则出现PSB聚集体，力学性能下降。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 分子复合材料的概念

1．2 刚性棒状大分子

1．3 树脂基体

1．4 分子复合材料的制备方法

1．4．1 单组份分子复合材料

1．4．2 原位及前驱体分子复合材料

1．4．3 物理共混双组份分子复合材料

1．5 课题的提出和研究内容

第2章 磺化芳香族聚酰胺及其聚乙烯醇分子复合材料

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 sPPTA及PBDT的合成

2．2．3 PVA／sPPTA及PVA／PBDT复合材料的制备

2．2．4 分析测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 sPPTA和PBDT的结构

2．3．2 sPPTA及PBDT在PVA基体中的分散性

2．3．3 PVA与sPPTA分子间相互作用

2．3．4 PVA／sPPTA及PVA／PBDT的热稳定性

2．3．5 PVA／sPPTA及PVA／PBDT的力学性能

2．4 本章小结

第3章 磺化芳香族聚酰胺及其海藻酸钠复合膜

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 SA／PBDT复合材料的制备

3．2．3 分析测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 PBDT在SA基体中的分散性

3．3．2 SA／PBDT的热稳定性

3．3．3 SA／PBDT的力学性能

3．4 本章小结

第4章 磺化芳香族聚席夫碱及其聚乙烯醇分子复合材料

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．2．2 PSB的合成

4．2．3 PVA／PSB复合材料的制备

4．2．4 分析测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 PSB的结构

4．3．2 PSB在PVA基体中的分散性

4．3．3 PVA／PSB复合材料的光学性质

4．3．4 PVA／PSB的热稳定性

4．3．5 PVA／PSB的力学性能

4．4 本章小结

第5章 全文结论

参考文献

攻读硕士期间撰写的论文及专利

作者简介