原位法制備碳納米管-納米SiO2改性丙烯酸樹脂乳液的研究.pdf

1、碳納米管(CNTs)具有極優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、電磁和光學(xué)等性能,并有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,是聚合物復(fù)合材料理想的增強(qiáng)和功能材料,逐漸成為研究熱點(diǎn)。然而碳納米管作為一種納米材料,極易團(tuán)聚,與聚合物之間的界面結(jié)合作用弱,為了發(fā)揮CNTs的增強(qiáng)作用,必須先對(duì)其進(jìn)行改性,以提高CNTs的分散性,增加CNTs與聚合物之間的界面結(jié)合力。碳納米管和納米SiO2的共同缺點(diǎn)是納米尺度粒子易團(tuán)聚,難以達(dá)到納米增強(qiáng)材料的高性能要求。為了實(shí)現(xiàn)碳納米管和納米SiO2優(yōu)

2、勢(shì)互補(bǔ)和納米增強(qiáng)的效果,先用二氧化硅對(duì)CNTS進(jìn)行包覆改性,再用偶聯(lián)劑對(duì)其進(jìn)行表面處理改性,以提高與基體聚合物的相容性。采用原位乳液聚合技術(shù),制備了碳納米管/納米SiO2改性的丙烯酸樹脂乳液。本論文開展的研究工作如下:
　　 采用半連續(xù)乳液聚合法制備了丙烯酸樹脂乳液,以乳液的凝膠率、單體轉(zhuǎn)化率以及成膜的力學(xué)性能、耐水性為考察指標(biāo),探討了丙烯酰胺、丙烯酸丁酯對(duì)乳液及膜的性能的影響。并通過(guò)FT-IR、TEM、DLS等手段對(duì)乳液及膜進(jìn)

3、行了表征。結(jié)果表明:當(dāng)AM的用量為2.6%,BA的用量為56%時(shí),制備的丙烯酸樹脂乳液具有良好的綜合性能。丙烯酸樹脂膜的FT-IR結(jié)果表明體系中不含有未反應(yīng)的單體,四種單體完全參與了共聚合反應(yīng)。丙烯酸樹脂乳液的TEM表征與DLS表征結(jié)果相一致,乳液的粒徑均一,約為60-70nm。
　　 采用溶膠-凝膠法制備了多壁碳納米管(MWCNTs)/SiO2納米復(fù)合粒子,再用硅烷偶聯(lián)劑KH570對(duì)其進(jìn)行改性。通過(guò)FT-IR、TGA、TEM手

4、段對(duì)MWCNTs-COOH進(jìn)行表征,結(jié)果表明KH570成功地接枝到MWCNTs/SiO2表面,獲得表面含有C-C的MWNTs/SiO2-KH570。
　　 采用原位乳液聚合法制備了MWCNTs/SiO2-KH570改性的丙烯酸樹脂乳液,以乳液的凝膠率、單體轉(zhuǎn)化率以及膜的力學(xué)性能、耐水性等性能為考察指標(biāo),探討了引發(fā)劑用量、反應(yīng)溫度、乳化劑用量以及MWCNTs/SiO2-KH570用量對(duì)乳液及膜性能的影響,并通過(guò)FT-IR、TGA、

5、TEM、DLS等手段對(duì)乳液及膜進(jìn)行了表征。結(jié)果表明:當(dāng)引發(fā)劑APS用量為單體總量的1.2%,乳化劑SDS用量為4%、反應(yīng)溫度為80℃、MWCNTs/SiO2-KH570用量為0.04%時(shí),制備的MWCNTs/SiO2-KH570改性丙烯酸樹脂乳液具有良好的綜合性能。通過(guò)FT-IR、TGA、TEM等測(cè)試方法對(duì)制備的乳液及膜進(jìn)行表征,結(jié)果表明MWCNTs/SiO2-KH570成功地以共價(jià)方式改性了丙烯酸樹脂乳液,并且提高了丙烯酸樹脂涂飾劑的

6、耐熱性。MWCNTs/SiO2-KH570改性丙烯酸樹脂乳液中存在粒徑約為60nm的球形乳膠粒、大小約為150-200nm的幾個(gè)乳膠粒聚集簇和在MWCNTs/SiO2-KH570表面形成的由多個(gè)乳膠粒組成的串珠式結(jié)構(gòu)等形式。
　　 將丙烯酸樹脂和MWCNTs/SiO2-KH570改性丙烯酸樹脂涂飾劑用于皮革涂飾后,MWCNTs/SiO2-KH570改性丙烯酸樹脂涂飾劑涂飾的革樣與丙烯酸樹脂涂飾劑涂飾的革樣相比透氣性增加了185%