PNIPA-CLAY納米復(fù)合水凝膠的制備及其有機(jī)-無(wú)機(jī)相互作用研究.pdf

1、聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPA)是一種被廣泛應(yīng)用的溫敏性水凝膠。納米復(fù)合水凝膠則是將納米顆粒引入到水凝膠中，使其具有獨(dú)特的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)性能。無(wú)機(jī)納米粒子填充高分子聚合物可達(dá)到綜合提升復(fù)合材料性能的目的，其微觀結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)行為決定了其宏觀性能，如何闡明納米粒子對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)行為的影響，如何在分子水平檢測(cè)體系內(nèi)氫鍵等有機(jī)-無(wú)機(jī)相互作用對(duì)設(shè)計(jì)和制備性能優(yōu)異的高分子材料具有指導(dǎo)意義。本課題采用多種先進(jìn)固體核磁共振技術(shù)結(jié)合調(diào)

2、制DSC(TM-DSC)技術(shù)和熱重分析法模擬裂解動(dòng)力學(xué)來(lái)研究PNIPA/Clay納米復(fù)合材料中粘土片層與聚合物分子鏈之間氫鍵等有機(jī)-無(wú)機(jī)相互作用，探討其超拉伸性能機(jī)理。研究?jī)?nèi)容如下:
　　利用原位自由基聚合的方法制備具有超拉伸性能的PNIPA/Clay納米復(fù)合材料，并進(jìn)行相關(guān)的結(jié)構(gòu)及性能測(cè)試。采用1H MAS和13C CPMAS、二維相關(guān)譜(2DHETCOR)、縱向弛豫時(shí)間（T1）等多種固體核磁技術(shù)研究PNIPA/Clay納米復(fù)合

3、材料的結(jié)構(gòu)及有機(jī)-無(wú)機(jī)相互作用。13C-1H HETCOR驗(yàn)證了粘土片層與聚合物分子鏈之間氫鍵相互作用位點(diǎn)的存在，13C|T1實(shí)驗(yàn)表明，納米復(fù)合材料中聚合物分子鏈運(yùn)動(dòng)比均聚物慢，說(shuō)明粘土的引入使聚合物運(yùn)動(dòng)受限;同時(shí)含水體系的聚合物比干態(tài)的聚合物鏈運(yùn)動(dòng)性高，說(shuō)明水分子進(jìn)入使聚合物分子間間距增大，分子鏈段運(yùn)動(dòng)加快。
　　采用溫度調(diào)制DSC(TM-DSC)技術(shù)研究PNIPA/Clay復(fù)合體系的熱力學(xué)性能及其在玻璃化轉(zhuǎn)變過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)行為

4、，有效活化能（E)和協(xié)同重排尺寸（εα）表征受限鏈的松弛行為;采用熱重分析法(TGA)結(jié)合模型擬合法研究降解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，通過(guò)降解活化能(E'）解釋復(fù)合體系的裂解反應(yīng)機(jī)理。結(jié)果表明，PNIPA/Clay20復(fù)合體系的E值(227.6kJ/mol)明顯大于PNIPA均聚物(168.9kJ/mol)，且Vg值(8.23nm3)比PNIPA的(3.41nm3)大，而當(dāng)粘土含量增加到40wt％時(shí)，相應(yīng)的E(130.8kJ/mol)和Vg(3.54

5、nm3)均有所下降。這是由于粘土的引入使聚合物與粘土之間形成了“多氫鍵簇”，靠近粘土片層的分子鏈段運(yùn)動(dòng)受限;同時(shí)粘土片層作為物理交聯(lián)點(diǎn)，隨粘土含量增加，復(fù)合體系中交聯(lián)點(diǎn)密度增大，而分子鏈長(zhǎng)變短，從而使E和Vg隨粘土含量的引入先增加后降低。PNIPA/Clay復(fù)合體系的降解活化能E'均低于PNIPA均聚物，表明聚合物與粘土片層表面形成的“多氫鍵”先于聚合物分子鏈降解，進(jìn)而誘導(dǎo)聚合物降解，且粘土含量增加使聚合物分子鏈變短導(dǎo)致主鏈E值顯著降低