剪切流動場中PAcr-MPS-SiO2復合膠粒取向結(jié)構(gòu)的形成規(guī)律.pdf

1、在微米級的化纖內(nèi)取向填充一維材料，賦予其增強、傳導、熒光、催化、磁響應、溫度響應、結(jié)構(gòu)生色等效應，是纖維改性、化纖差異化生產(chǎn)中的一個重要命題，也是今后功能纖維、智能纖維開發(fā)中的一個重要發(fā)展方向。
　　碳納米管、碳纖維等高強高導纖維是最先被選用的一維材料，但這些纖維不管改性有否，其在熔體中分散都較困難，少量加入即會急劇增大復合體系黏度，以至難以成型。無機納米粒子具有一系列不同于大顆粒的卓越性能，添加于紡織品可大幅度提高紡織品的強度、

2、彈性、耐磨性、光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等性能，但現(xiàn)有的添加方法通常存在耐洗性差、易團聚等缺點。通過原位聚合將經(jīng)過表面改性處理的無機納米粒子預先包裹在聚合物乳膠粒內(nèi)，制得石榴狀復合膠粒。隨后以原位聚合制得的高無機含量復合膠粒為預分散母料，借助熔融共混場的強剪切作用，則有望實現(xiàn)無機納米粒子簇在纖維內(nèi)的一維取向填充，從而在解決團聚等問題的同時，賦予材料優(yōu)異的性能。而要開展相關(guān)的基礎(chǔ)性研究，則需完成以下幾個工作:(1)制得一系列尺寸大小、無機納米粒子

3、含量、接枝交聯(lián)結(jié)構(gòu)可大幅度調(diào)控的石榴狀PAcr/MPS-SiO2復合膠粒;(2)優(yōu)化剪切流動場工藝條件;(3)具體研究石榴狀PAcr/MPS-SiO2復合膠粒在剪切流動場中取向結(jié)構(gòu)的形成規(guī)律。
　　為此，本論文以納米SiO2作為代表性的無機納米粒子，以硬單體甲基丙烯酸甲酯(MMA)和軟單體丙烯酸丁酯(BA)為代表性單體，以3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)作為活性硅烷偶聯(lián)劑的代表，經(jīng)MPS偶聯(lián)修飾SiO2、單體置換、原

4、位微懸浮聚合制得一系列尺寸大小、SiO2含量以及交聯(lián)結(jié)構(gòu)不同的石榴狀PAcr/MPS-SiO2復合膠粒。并通過抽提試驗與3D視頻顯微鏡的相互結(jié)合評估了游離MPS、SiO2表面錨固MPS以及SiO2含量等因素對復合膠粒接枝交聯(lián)結(jié)構(gòu)的影響。繼而通過透射電鏡(TEM)觀察剪切后復合膠粒在基體材料中的形態(tài)結(jié)構(gòu)，揭示剪切流動場中PAcr/MPS-SiO2復合膠粒取向結(jié)構(gòu)的形成規(guī)律。
　　首先，以St(o)ber法自制的SiO2乙醇分散液為基

5、礎(chǔ)，采用硅烷偶聯(lián)劑MPS對SiO2進行改性，制得一系列偶聯(lián)密度不同的SiO2乙醇分散液。再通過離心或介質(zhì)置換制得SiO2表面錨固MPS含量不同的甲基丙烯酸甲酯單體分散液，并以甲基丙烯酸甲酯單體分散液和丙烯酸丁酯為單體，通過單一改變SiO2含量、表面錨固MPS含量以及游離MPS含量等條件，制得的一系列交聯(lián)結(jié)構(gòu)不同的PAcr/MPS-SiO2復合膠粒，然后利用自帶熱臺的3D視頻顯微系統(tǒng)觀察復合膠粒在其良溶劑中的尺寸變化情況，結(jié)合索氏抽提實驗

6、所測膠粒的凝膠率，評估復合膠粒的接枝交聯(lián)結(jié)構(gòu)。重點考察聚合體系中SiO2粒子含量、偶聯(lián)改性程度以及游離硅烷偶聯(lián)劑MPS含量對復合膠粒交聯(lián)程度的影響。發(fā)現(xiàn):通過常規(guī)原位微懸浮聚合，可在復合膠粒內(nèi)同步構(gòu)筑以SiO2顆粒以及MPS低聚物分子為交聯(lián)點的雙重交聯(lián)結(jié)構(gòu)。這兩種交聯(lián)形式尺度不同、對分子鏈運動能力影響不同，在一定情況下能對膠粒的剪切取向行為產(chǎn)生協(xié)同作用。
　　其次，通過研究剪切場的剪切速率、剪切溫度以及剪切時間對石榴狀PAcr/M

7、PS-SiO2復合膠粒取向排列結(jié)構(gòu)形成的影響，確定了適合其取向排列結(jié)構(gòu)形成的較佳工藝條件。發(fā)現(xiàn)當剪切速率為65 r/min，剪切溫度為180℃，剪切時間為12 min時，石榴狀PAcr/MPS-SiO2復合膠?？梢栽诨w材料中形成較為完美的取向結(jié)構(gòu)。
　　最后，在上述工作的基礎(chǔ)上，研究了石榴狀PAcr/MPS-SiO2復合膠粒的尺寸與交聯(lián)結(jié)構(gòu)對其取向排列結(jié)構(gòu)形成的影響。結(jié)合透射電鏡(TEM)所觀察到的PAcr/MPS-SiO2復合

8、膠粒的形態(tài)結(jié)構(gòu)以及取向結(jié)構(gòu)長徑比的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn):復合膠粒的尺寸對于其在剪切場中取向結(jié)構(gòu)的的形成有重要影響，復合膠粒的尺寸過大，極易發(fā)生解離，過小則不易發(fā)生取向，當復合膠粒的尺寸在1～3μm左右時，復合膠?？梢孕纬奢^好的取向排列結(jié)構(gòu)。同時，復合膠粒的交聯(lián)程度過高或過低也均不適合復合膠粒的取向，過低極易發(fā)生解離，過高則難以取向。當復合膠粒的Keq值（溶脹程度）為1.46時，復合膠粒可以形成較好的取向排列結(jié)構(gòu)。
　　本基礎(chǔ)性工作側(cè)重于以原