聚合物/无机纳米复合材料的原位乳液法制备及其表征

【摘要】：本论文采用原位乳液聚合法制备聚合物/无机纳米复合材料,其中以聚合物/MMT纳米复合材料为主。采用XRD和TEM研究了纳米粒子特别是MMT片层在不同聚合物基体中的分散形态,考察了MMT片层的分散形态及其与聚合物基体间的相互作用对纳米复合材料各种性能的影响,建立了纳米复合材料结构性能之间的关系。 首先以阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为乳化剂,原位乳液聚合制备了PS/MMT纳米复合材料,实现了MMT的有机化处理和纳米复合材料的形成一步完成。研究发现:在反应过程中,十六烷基三甲基溴化铵既充当了乳化剂,又充当了MMT的插层处理剂,促进了苯乙烯在MMT的层间聚合。XRD、FT—IR、TEM等分析表明,聚苯乙烯已插层进入蒙脱土的层间形成插层型纳米复合材料。DSC分析表明,纳米复合材料的玻璃化转变温度较纯PS有一定程度的提高。 为提高MMT在聚合物基体中的剥离分散同时建立纳米复合材料结构和性能之间的关系,选用了三种不同类型的MMT:无机Na-MMT,不含双键的十八烷基三甲基氯化铵为插层处理剂(OTAC)改性C_(18)-MMT和含双键(可与苯乙烯共聚)的乙烯基苯基十八烷基二甲基氯化铵(VOAC)为插层处理剂改性VC_(18)-MMT;采用两种不同的预分散方法:MMT预分散在聚合单体中和预分散在乳化剂溶液中;对MMT在苯乙烯单体和乳化剂溶液中悬浮液的流变特性及分散状态进行了考察。然后,原位乳液聚合制备了一系列PS/MMT纳米复合材料。对一系列纳米复合材料的结构和性能分析表明:不同类型的MMT及不同的预分散方法对纳米复合材料的结构均存在影响。采用Na-MMT仍得到插层型的纳米复合材料;采用有机MMT时,MMT片层的剥离分散程度大大增加;MMT在超声波强剪切的作用下能够均匀单一地分散在乳化剂溶液中,经原位乳液聚合后得到MMT完全剥离分散的纳米复合材料,这种方法既克服了有机MMT分散在苯乙烯单体中粘度急剧增加造成的操作工艺上的复杂问题,避免了超声过程中单体的自聚现象,又实现了MMT最佳的分散状态。 TGA分析表明,MMT在PS中的均匀分散能够提高材料的耐热性能。当PS