含氟聚丙烯酸酯納米復(fù)合乳液及其復(fù)合材料的制備與性能表征.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、丙烯酸酯類涂料和相關(guān)高分子復(fù)合材料在高分子應(yīng)用領(lǐng)域中占有重要地位,但由于其本身存在的一些缺點(diǎn),因此對(duì)其進(jìn)行改性一直是高分子領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。其中提高聚丙烯酸酯耐熱性能、耐老化性能和力學(xué)性能是對(duì)聚丙烯酸酯改性的幾個(gè)重要方面。含氟聚合物具有優(yōu)異的抗老化和自清潔性,納米材料可以改善高分子材料的物理力學(xué)性能。另外也希望實(shí)現(xiàn)通過一次涂布可以形成多層的功能,因而開始了自分層涂料的研究。本論文根據(jù)上述需求,采用了原位生成、乳液共聚和物理共混法引入納

2、米粒子的核殼乳液聚合法,制備了具有良好的疏水性、熱穩(wěn)定性的含氟丙烯酸酯納米復(fù)合乳液,篩選了含氟納米復(fù)合乳液聚合條件,并對(duì)乳液、乳膠膜的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和性能進(jìn)行了表征,研究內(nèi)容主要包括:
  1.聚硅氧烷-含氟丙烯酸酯核/殼復(fù)合乳液聚合:以自制低分子量聚丙烯酸酯鈉和吐溫-80為乳化劑,過硫酸鉀為引發(fā)劑,通過半連續(xù)加料和核/殼聚合的復(fù)合乳液聚合方法,將甲基丙烯酸三氟乙酯含氟單體引入聚合物殼層鏈中合成了復(fù)合高分子乳液,以提高材料的耐光、耐環(huán)

3、境老化和自清潔能力,在此基礎(chǔ)上通過加入硅氧烷的方法改性聚丙烯酸酯乳液,乳膠粒徑約為400~700nm。引入硅氧烷不僅可有效改善涂料的耐水和老化性,且三烷氧基硅烷水解后可形成無機(jī)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò),會(huì)進(jìn)一步提高材料的物理力學(xué)性能。
  2.籠型倍半硅氧烷(POSS)-含氟丙烯酸酯乳液聚合:用甲基丙烯酰氧丙基籠型倍半硅氧烷(MAP-POSS)和乙烯基籠型倍半硅氧烷(V-POSS)為改性單體,通過核殼聚合方式制備了POSS改性的含氟丙烯酸酯核/殼

4、共聚乳液。用TGA、TEM、FTIR、DMA、XRD和激光散射粒度分析等手段對(duì)乳液及其涂膜進(jìn)行了表征。FTIR和XRD顯示聚合物中存在POSS,TEM顯示共聚物乳膠粒子大小均勻,均粒徑為32.9?36nm,分布指數(shù)為0.399左右。隨著POSS用量的增加,聚合物的熱穩(wěn)定性提高,加入9wt%MAP-POSS材料起始熱分解溫度提高了26℃左右,玻璃轉(zhuǎn)化溫度提高10℃左右。加入9wt%V-POSS聚合物的初始分解溫度低提高了19℃左右,玻璃轉(zhuǎn)

5、化溫度提高了5℃左右。
  3.碳納米管(CNTs)、氧化石墨烯(GO)-丙烯酸酯乳液聚合:先配制一定芯中烯類的單體與 CNTs(或 GO)的混合液,經(jīng)超聲分散后于攪拌下再進(jìn)行核/殼聚合反應(yīng),經(jīng)破乳得含CNTs(或GO)納米復(fù)合聚合物。試驗(yàn)證明聚合乳液有較好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。DMA測(cè)試顯示加入0.2wt%CNTs,聚合物的Tp升高了約10℃,但進(jìn)一步增加CNTs的含量,Tg又有所降低的,但仍高于純組分。熱分解動(dòng)力學(xué)分析證明,加入CNT

6、s聚合物的熱分解活化能Ea增大,加入0.1wt%起始熱分解溫度提高了14.2℃。加入0.6wt%CNTs復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度增加了20.3MPa,抗沖強(qiáng)度提高了約2.6倍,但對(duì)聚合物的電學(xué)性能無明顯影響。
  由DMA譜圖可知,加入GO后,聚合物的Tg表現(xiàn)降低的趨勢(shì),因而可提高材料抗沖強(qiáng)度。TGA分析可知,加入GO后,聚合物的初始分解溫度降低,之后隨著GO含量進(jìn)一步增加又緩慢提高。加入GO使材料介電損耗有不同程度增大。
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7、.納米 SiO2/Al2O3-含氟丙烯酸酯乳液聚合:用正硅酸乙酯和異丙醇鋁經(jīng)原位生成法引入納米SiO2/Al2O3粒子制得含氟聚丙烯酸酯納米雜化復(fù)合乳液。分析證明聚合乳膠粒子的粒徑隨納米材料含量增加而減小,平均直徑約10~30nm;納米粒子含量為1%~11wt.%時(shí),復(fù)合材料的Tg隨納米粒子含量增加而降低,說明加入納米粒子可以提高聚丙烯酸酯材料的韌性;熱重分析證明復(fù)合材料的熱分解溫度在250~300℃,引入SiO2/Al2O3納米粒子,

8、初始分解溫度降低,說明納米 SiO2/Al2O3在加熱條件下對(duì)聚丙烯酸酯這種極性聚合物具有催化降解作用。
  5.自分層涂料的制備:自分層涂料是涂料在施工后隨著時(shí)間推移或環(huán)境變化而逐漸分層,以達(dá)到一次涂布形成多層的目的。本研究包括了兩個(gè)方面,一是通過計(jì)算聚合物溶解度參數(shù)的差異,用含氟聚丙烯酸酯(FPMA)與不含氟聚丙烯酸酯(PMA)的乳液混和調(diào)節(jié)溶劑揮發(fā)速度制備了自分層含氟丙烯酸酯涂料。光學(xué)顯微鏡和FTIR面分析證明在具有適當(dāng)含氟

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