无机纳米粒子/聚合物复合材料的研究

【摘要】：由于无机纳米粒子很小、比表面积很大，与塑料复合，会产生很强的界面相互作用。使无机粒子的刚性、热稳定性、尺寸稳定性和塑料的韧性、介电性、加工性等有机地结合起来，得到性能优异的复合材料，实现塑料的功能化、通用塑料的工程化，无机纳米粒子／塑料复合材料已经成为材料学的一个研究热点。研究了纳米TiO_2、纳米TiO_2／HIPS、纳米TiO_2／PP、纳米Mg／PP、纳米CaCO_3／PP、纳米CaCO_3／PVC复合材料的制备、结构及力学性能，研究了纳米TiO_2／HIPS复合材料的抗菌、分解内毒素、抗老化以及屏蔽紫外线等功能。研究了TiO_2纳米管的制备及结构。 X射线衍射分析表明，用钛酸四丁酯水解后在500-550℃煅烧1h可制备出单一锐钛矿晶型的纳米TiO_2。 纳米TiO_2的表面经过偶联剂处理后，用挤出机制备出纳米TiO_2含量在25wt.％的纳米TiO_2／HIPS母料，再将母料与HIPS混合后，用注塑机制备纳米TiO_2／HIPS复合材料，当TiO_2含量为1 wt.％时，纳米TiO_2／HIPS复合材料的综合力学性能最好。扫描电镜、透射电镜以及电子能谱的分析表明，纳米TiO_2在纳米TiO_2／HIPS复合材料中的含量为1wt.％时，纳米TiO_2粒子均匀分散在HIPS基体中。 纳米TiO_2以及纳米TiO_2／HIPS、纳米TiO_2／PP复合材料具有明显的抗菌功能，对常见菌种的抗菌率在80％以上。纳米TiO_2／HIPS复合材料具有明显的分解内毒素功能，分解率在90％以上。纳米TiO_2／HIPS复合材料具有抗老化和屏蔽紫外线等功能。光老化150h后，。纳米TiO_2／HIPS复合材料的综合力学性能优于纯HIPS。 纳米Mg表面用偶联剂处理后，添加到PP中，均可提高复合材料的力学性能。扫描电镜分析表明，由于纳米Mg的存在，冲击断口由纯PP的脆性断口转变成纳米Mg／PP复合材料的韧性断口。针状的纳米CaCO_3添加到PP及PVC中，均可提高复合材料的力学性能。 X射线衍射、透射电镜以及扫描电镜分析表明，用锐钛矿型纳米TiO_2，用水热法与NaOH反应后，再在500℃煅烧1h，可制备出直径在5-15nm，长度在数百到几个微米的锐钛矿晶型的束状TiO_2纳米管。