一種大分子表面改性劑的設(shè)計、合成及在PU納米復(fù)合材料中的應(yīng)用.pdf

1、聚合物基納米復(fù)合材料要實現(xiàn)規(guī)模化，采用“收斂法”來改性納米粒子是相對簡單、有效的一種方法。即針對復(fù)合體系組分的結(jié)構(gòu)與性能先設(shè)計、合成大分子表面改性劑，通過改性劑大分子結(jié)構(gòu)中的反應(yīng)性官能團(tuán)與無機(jī)納米粒子表面活性基團(tuán)的反應(yīng)，實現(xiàn)對納米粒子的表面改性與修飾，再將修飾后的納米粒子添加到復(fù)合體系中的聚合物中，改善其性能或賦予其特殊功能。
　　 本文設(shè)計、合成了一種新型的一端接反應(yīng)性官能團(tuán)大分子表面改性劑。這種大分子表面改性劑同其他改性大分

2、子表面改性劑相比，在具有較好改性效果的同時，可以大幅降低原料成本。本論文將這種一端接活性基團(tuán)的改性大分子改性了多種陶瓷納米粉體并填充到聚氨酯（PU）中，對聚氨酯納米復(fù)合材料的性能進(jìn)行了研究,主要包括以下四個部分：
　　 第一章是緒論。通過文獻(xiàn)調(diào)研，主要介紹了聚合物基納米復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀、無機(jī)納米粒子表面改性的研究進(jìn)展及聚氨酯納米復(fù)合材料的的研究現(xiàn)狀等，最后提出了本課題的設(shè)計思路。
　　 第二章是介紹了二步法合成出一端接

3、反應(yīng)性官能團(tuán)的聚丙烯酸酯低聚物。首先以甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸丁酯(BA)為單體，巰基乙醇（2-ME）為鏈轉(zhuǎn)移劑，低濃度的偶氮二異丁腈(AIBN)為引發(fā)劑，在110℃將按n(MMA):n(BA):n(2-ME):n(AIBN)=500:500:25:1配制的溶液在2.5h內(nèi)滴加到甲苯中，反應(yīng)4h，得到多分散系數(shù)（/）=1.8、一端帶羥基的聚丙烯酸酯低聚物；再加入甲苯-2,4-二異氰酸酯（TDI）或馬來酸酐（MAH）與其端羥基反應(yīng)

4、，合成出一端接-NCO的聚丙烯酸酯低聚物和一端接有-COOH的。低聚物應(yīng)用FTIR、1H NMR、13C NMR、GPC、DSC及TGA等對其結(jié)構(gòu)與熱性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)符合預(yù)先的分子設(shè)計，即一端接有反應(yīng)性官能團(tuán)-NCO或-COOH，數(shù)均分子量在4500左右，DSC顯示合成的低聚物只有一個Tg, TGA測出其主要熱失重在300～450℃。
　　 第三章用合成的大分子改性劑分別對納米氮化硅（Si3N4）、納米二

5、氧化硅（SiO2）及納米碳酸鈣（CaCO3）進(jìn)行了表面改性實驗。通過沉降實驗、粒徑分析、透射電鏡（TEM）表明處理后的納米粒子的團(tuán)聚現(xiàn)象明顯減小，在有機(jī)溶劑中分散均勻，有效阻止了納米粉體的團(tuán)聚；FTIR、掃描電鏡（SEM）表明大分子改性劑與納米粒子進(jìn)行了化學(xué)鍵合，在其表面包覆了一層大分子有機(jī)層，并通過TGA分析出大分子改性劑與納米粒子發(fā)生化學(xué)包覆的百分比；通過接觸角分析，結(jié)果表明改性納米粒子親水性降低、親油性增加。另外通過硬脂酸對納米C

6、aCO3表面進(jìn)行改性，表明其改性效果較 好。
　　 第四章介紹了改性后的納米粒子填充聚氨酯中制備納米聚氨酯復(fù)合材料。采用 改性的納米SiO2填充到PU合成革中，硬脂酸改性的納米CaCO3分別填充到PU合成革及PU微發(fā)泡鞋底料中，分別研究了它們的基本物理力學(xué)性能、耐磨性能等。結(jié)果表明，當(dāng)改性納米SiO2的添加量為0.3～0.5％時，PU合成革的力學(xué)性能有顯著提高，改性納米CaCO3以3.1～6.2％的添加量填充到PU微發(fā)泡鞋底料中