原位溶胶—凝胶反应制备聚烯烃/二氧化硅纳米复合材料

作     者：党帅营 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：许湧深

授予年度：2012年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0702[理学-物理学] 

主      题：共辐射 接枝 溶胶-凝胶 纳米复合 

摘      要：聚烯烃是重要的合成材料，全球年产量已超过一亿吨。聚烯烃/无机纳米复合材料兼具了聚烯烃和无机纳米材料的优异性能和两种材料的协同效应，得到单一材料无法比拟的综合性能，纳米复合材料的年增长率超过30%，充分显示了纳米复合材料的应用前景。本文采用共辐射接枝对聚烯烃功能化改性，然后在功能化聚烯烃中原位溶胶-凝胶反应，制备聚烯烃/二氧化硅纳米复合材料。 论文首先采用共辐射接枝方法，固相条件下在EPR链上接枝γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(KH570)，研究了不同辐射剂量对接枝率的影响，然后,KH570接枝改性的乙丙橡胶(EPR-g-KH570)在前驱体四乙氧基硅烷(TEOS)中溶胀，再浸入含有正丁胺的催化剂溶液中催化前驱体的原位溶胶-凝胶反应，制备了EPR-g-KH570/SiO纳米复合材料。考察了不同溶剂以及催化剂浓度对TEOS转化率和原位生成的SiO粒径的影响。采用FTIR、SEM、力学性能等测试手段对纳米复合材料进行了表征。结果表明，在辐射剂量为2kGy时，KH570接枝率最高;在30℃下，用5%的正丁胺有机溶剂中进行溶胶凝胶反应时，纳米粒子的粒径最小，SiO平均粒径在100-200nm，而且在材料中的分散性好。接枝在乙丙橡胶上的KH570成为纳米SiO的成核中心，利用接枝的KH570对无机界面的化学键合作用，有效改善有机-无机界面的相容性和结合力，使复合材料综合性能得到提高。 其次，以原位溶胶-凝胶反应制备的EPR-g-KH570/SiO为纳米复合母料，与PP共混制备了PP/EPR-g-KH570/SiO纳米复合材料。采用DSC研究了PP/EPR-g-KH570/SiO纳米复合材料的结晶过程，并借助SEM、流变性能、力学性能等测试手段对复合材料进行了表征。结果表明，EPR与纳米SiO的加入对基体材料PP起到了异相成核作用，提高了PP的结晶速率;流变性能说明PP/EPR-g-KH570/SiO纳米复合材料的熔体是假塑性流体，易于成型加工;相比于基体材料PP，将弹性体EPR和刚性体SiO同时引入基体材料中，利用有机中间层和化学键合的作用完成SiO与PP的复合，使断裂强度增长了20.9%，杨氏模量增长了70.4%，断裂伸长率增长了95.3%，达到了强度和韧性同时提高的改性效果。