低SMA修饰度的SiO2纳米粒子在PS/PA6合金体系中分布状态与SMA分子结构之间的关系

作     者：王康 

作者单位：湖北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：施德安

授予年度：2021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：共连续结构 相界面 纳米粒子 聚合物复合材料 

摘      要：对于纳米复合材料而言,具有共连续结构的聚合物合金因其特殊结构及两相包含界面都能形成完整的连续结构,是制备导热、导电、电磁干扰屏蔽等功能性纳米复合材料的完美聚合物模板。最近,通过无机功能纳米粒子选择性分布在具有共连续结构的聚合物合金某一相或界面处,降低填料逾渗阈值的方式引起了研究者的广泛关注。通过调控纳米粒子在共连续合金的选择性分布,可以帮助人们设计制备功能性纳米复合材料,因此研究无机纳米粒子在共连续合金分布状态具有极大研究价值。课题组前期研究提出了采用分子量不同的双增容剂来实现在具有不对称结构不相容聚合物合金体系中制备具有稳定共连续结构的方法。并以共连续PS/PA6合金为模板,通过采用不同结构的增容剂分子对无机纳米粒子的表面修饰,成功使无机纳米粒子在共连续合金相界面处分布。然而,前期工作中粒子表面修饰的共聚物含量仍然偏高,在一定程度上影响了功能纳米粒子自身功能的表达。本论文在课题组前期工作的基础上,首先研究了功能粒子表面修饰度与其功能衰减之间的关系,之后主要以PS/PA6共连续合金为模板,选用四种不同的苯乙烯接枝马来酸酐共聚物(SMA)为修饰物(SMA1:MAH=8wt.%,Mw=250000g/mol,SMA2:MAH=25wt.%,Mw=10000g/mol,SMA3:MAH=23wt.%,Mw=110000g/mol,SMA4:MAH=10wt.%,Mw=14400g/mol)对SiO粒子进行低表面修饰。制备了一系列SiO-SMA粒子,研究低修饰度下粒子表面的修饰物的分子结构(分子量和MAH含量)对粒子在PS/PA6合金体系中的选择性分布状态的影响。主要研究工作如下:1.验证了功能性纳米粒子表面修饰度与其功能衰减的之间的关系,选用具有抗菌性能的ZnO纳米粒子,分别通过溶液接枝和熔融接枝的方法制备了一系列ZnO-SMA粒子。结果表明,当ZnO粒子表面修饰有SMA后,其抗菌性能随修饰度的增加而降低,说明表面接枝的聚合物对ZnO抗菌性能有一定的抑制作用。进一步通过熔融接枝的方法,将不同分子量和MAH含量的SMA接枝到ZnO纳米粒子表面,获得饱和接枝度的ZnO-SMA纳米粒子。发现当表面修饰度达到饱和时,ZnO纳米粒子的抗菌性能随表面修饰物接枝度的增加而降低,但与接枝物的分子量无关。2.通过溶液接枝制备了一系列低修饰度的SiO-SMA粒子,用固定加工方式和配比制备了PS/PA6/SiO共连续合金,研究低修饰度下SiO粒子在共连续合金中的分布状态与所修饰的SMA分子结构之间的关系。结果表明,使用低MAH含量高分子量SMA1修饰SiO时,随着粒子表面接枝度的增长,SiO粒子在界面处分布的含量越来越多。使用高MAH含量SMA2和SMA3修饰粒子时,粒子只会分布在PA6相中,且随着表面接枝度的增长,SiO粒子表面的SMA与PA6形成更多PA6-g-SMA,其高的PA6占比使粒子更加倾向于分布在PA6相中,很难在界面分布,与所接枝的SMA的分子量无关,最好在界面分布的效果仅为48%。最后用低MAH含量低分子量的SMA4修饰粒子时,随着接枝度的增长,粒子在界面处的分布呈现先增长后减少的趋势,当SiO粒子表面PA6-g-SMA与相界面达到最好的相容性时,粒子表面修饰度仅为0.79wt.%便可在相界面达到了88%的分布。即只需对粒子进行简单的修饰就能使其达到较高的界面分布效果。本工作主要研究了处在低修饰度下SiO纳米粒子在PS/PA6双连续体系中的分布状态与接枝的SMA的分子结构之间的关系,制备了PS/PA6/SiO共连续合金,实现了在SiO表面仅需接枝0.79wt.%的SMA4就能使88%粒子分布在PS/PA6/SiO共连续合金界面处,为之后突破制约制备高性能功能聚合物复合材料的瓶颈问题提供理论和方法。