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《北京化工大学》 2004年
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超浓乳液聚合方法制备膨润土/聚丙烯酸酯纳米复合材料及其性能的研究

任申冬  
【摘要】:这个课题的主要目的是通过超浓乳液聚合的方法制备膨润土/聚丙烯酸酯纳 米复合材料,并对其性能进行研究,分散相是一维纳米尺度的膨润土,连续相是 丙烯酸酯的无规共聚物。 这种纳米复合材料的特点是膨润土在基体中分散均匀,一维尺寸在纳米尺度 范围,且填充在聚合物的链段与链段之间,使聚合物的强度得到了提高,耐油性 耐热性增强,阻隔性能变好;通过膨润土界面的改性,使两相在纳米尺度上有很 好的相容性,不会出现异相分离;纳米片层巨大的表面效应,能强烈的吸引高分 子链段,形成类似的物理交联点,能极大地增强聚丙烯酸酯的机械性能。 本实验中,纳米复合材料的制备过程是分两步的。首先,在适当的温度下, 从众多的阳离子交换剂中筛选出十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为最终的表面 处理剂,并确定其最佳处理时间、温度、和 CTAB 浓度。然后,将处理过的有机膨 润土分散在丙烯酸酯单体中,用超声波处理半小时,以偶氮二异丁腈(AIBN)为 引发剂,十二烷基硫酸钠(SDS)和聚乙烯醇(PVA)为乳化剂,配制成浓乳液, 放置于 50℃水浴中聚合。最后,测试纳米复合材料的耐溶剂性,以及机械性能。 研究发现,在各种阳离子交换剂中,CTAB处理的膨润土层间距最大,且CTAB 的浓度,处理的温度,处理时间对膨润土的层间距均有影响。处理过后的膨润土 表面具有亲油性,在水种呈絮状,而在有机物(如氯仿)中,均匀悬浮分散,长 时间不易沉淀。 用含有有机膨润土的单体配置浓乳液,乳液液滴尺寸一般大于膨润土的片层 宽度,所以膨润土片层被乳化剂和水相分隔,各自稳定地处在液滴之中,乳液是 稳定的,所以膨润土不沉降,难聚集。浓乳液聚合过程无需搅拌,不会破坏乳液。 但是膨润土的加入,体系粘度急剧增加,为了保证乳液的稳定,需要大动力的搅 拌器进行激烈地搅拌,并且膨润土的最大含量为20%。 透射电子显微镜(TEM)表明:浓乳液聚合过程中,膨润土确实处在液滴当中; i WP=4 北 京 化 工 大 学 硕 士 学 位 论 文 膨润土在聚合物基体中呈均匀分散,一维尺寸在100nm一下;随着膨润土含量的增 加,膨润土在基体中的分散尺寸基本不变;用高倍TEM观察发现,每个片状膨润土 是由5-20个基本膨润土片层重叠而成,基本片层之间就是高分子聚合物;这种纳 米复合材料经过混炼,膨润土片层取向,并且更加细化。 研究结果表明:在聚合物基体中,随着无机片状纳米粒子的加入,不止是起 到补强作用,其耐温性能、耐油性能、阻隔性能也更佳。实验表明其明显的提高 PVC的抗冲击性能,但是拉伸强度要降低。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TB332

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【参考文献】
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