硅丙樹脂-蒙脫土納米復(fù)合成膜材料的研究.pdf

1、目前在聚合物材料領(lǐng)域中，無論是基礎(chǔ)研究或是工業(yè)開發(fā)都十分活躍的聚合物/層狀硅酸鹽(Polymer/LayeredSilicate，PLS)納米復(fù)合材料，與傳統(tǒng)復(fù)合材料相比，不僅結(jié)構(gòu)和形態(tài)獨(dú)特，而且具有出色的力學(xué)、耐熱和阻隔等性能，已成為當(dāng)今聚合物材料基礎(chǔ)研究和開發(fā)應(yīng)用的熱點(diǎn)。 丙烯酸樹脂類成膜劑與其它類型相比具有許多優(yōu)異的性能，但“熱粘冷脆”是其主要缺點(diǎn)，改善其“熱粘冷脆”的缺陷，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，已成為科研工作者的熱門課題。本文

2、采用兩種途徑對(duì)其進(jìn)行改性：一是通過共聚在純丙樹脂大分子鏈上引入耐候性能優(yōu)良的有機(jī)硅，從而提高其耐候性；二是利用有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合技術(shù)，通過性能互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)丙烯酸樹脂成膜材料的高性能化。 本文研究的重要內(nèi)容是有機(jī)蒙脫土(OrganicMontmorillonite，OMMT)的制備。先對(duì)蒙脫土(Montmorillonite，MMT)進(jìn)行鈉化改型，后用插層劑十六烷基三甲基溴化銨(1631)對(duì)MMT表面修飾。通過熱重分析(Thermo

3、gravimetryAnalysis，TGA)、傅里葉變換紅外光譜(FourierTransformInfraredSpectroscopy，F(xiàn)T-IR)和廣角X射線衍射(WideAngleX-rayDifracion，WAXD)等手段的測試，證明季銨鹽已插層進(jìn)入MMT的層間，層間距顯著擴(kuò)大，并且在層間主要以雙分子層排列。對(duì)OMMT和MMT進(jìn)行親油性對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)MMT變成非極性，具有良好的親油性，改善了MMT層間微環(huán)境。經(jīng)過正交實(shí)驗(yàn)，

4、得表面修飾最佳反應(yīng)條件：溫度70℃，1631用量4g，預(yù)溶脹時(shí)間18h，反應(yīng)時(shí)間4h，MMT水溶液5％，超聲波分散時(shí)間15min。各因素影響順序：反應(yīng)溫度＞1631用量＞預(yù)溶脹時(shí)間＞反應(yīng)時(shí)間。 本文研究的核心內(nèi)容是利用插層聚合制備硅丙樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料，建立對(duì)應(yīng)的反應(yīng)模型。采用三種不同加料方式對(duì)乳液聚合行為比較，結(jié)果原位種子半連續(xù)法在過程中反應(yīng)平緩，乳液外觀較好，凝聚率較低。通過實(shí)驗(yàn)確定了各組分的適宜用量：有機(jī)硅單體為6％

5、～10％，反應(yīng)溫度為75℃～80℃，pH為6～7，m(BA)：m(MA)為52∶48～48∶52，乳化劑用量為2％～3％(m(SDBS)∶m(5EO)≈2∶1～3∶1)，引發(fā)劑用量為0.9％～1.0％，OMMT用量為1.5％左右。 通過凝膠滲透色譜(GelPermeationChromatography，GPC)、FT-IR、TGA、差示掃描量熱法(DifferentialScanningCalorimery，DSC)、WAXD

6、和透射電子顯微鏡(TransmissionElectronMicroscope，TEM)等手段對(duì)純丙樹脂、硅丙樹脂和PLS樹脂進(jìn)行分析得到結(jié)論： (1)制備的涂飾材料的分子量及分子量分布符合成膜材料的要求，利于材料的加工和使用。 (2)對(duì)合成硅丙樹脂F(xiàn)T-IR圖分析可知，有機(jī)硅氧烷和丙烯酸酯單體聚合地較徹底。 (3)對(duì)PLS納米復(fù)合材料測試得出其成膜均勻透明，拉伸強(qiáng)度比純丙樹脂有明顯提高，斷裂伸長率略有降低，膜的

7、耐水性和耐溶劑性都有不同程度地提高。DSC測試得出PLS具有更低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，從而很好地改善了純丙樹脂“熱粘冷脆”的缺陷。TGA測試得出PLS比硅丙樹脂熱穩(wěn)定性顯著提高，間接說明硅丙樹脂已插入蒙脫土層間。WAXD分析得出在測試的衍射范圍內(nèi)，即2θ在2°到30°的掃描范圍內(nèi)，復(fù)合材料中MMT的蒙脫土晶層(001面)特征衍射峰完全消失，由Bragg方程2dsinθ=λ計(jì)算得知制備的PLS納米復(fù)合材料中MMT的片層間距至少超過了8.82n

8、m，證明了蒙脫土的片層間距變得很大，即2θ角很小，以至于廣角X射線衍射無法測定。說明PLS納米復(fù)合材料中MMT片層可能己基本剝離，剝離下來的蒙脫土片層均勻穩(wěn)定地分散在聚合物中，形成剝離型的PLS納米復(fù)合材料。TEM分析，得出MMT與硅丙乳膠粒子分散良好，乳膠粒粒徑分布也較為均勻；另外，原位插層聚合法的PLS納米復(fù)合材料中的硅酸鹽片層基本剝離，片層不再平行排列并以納米尺寸無規(guī)分散于基體中，形成剝離型聚合物/蒙脫土納米復(fù)合材料。與前面WAX