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聚苯乙烯/TiO_2纳米复合材料结构与性能研究

作　者: 于守武
导　师: 桑晓明
学　校: 河北理工大学
专　业: 材料学
关键词: 纳米二氧化钛聚苯乙烯钛酸酯偶联剂流变性能分散
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

聚合物/无机纳米复合材料由于其独特的性能已经引起人们广泛的研究兴趣,而且也必将成为将来材料研究领域的热点之一。由于无机纳米粒子极易团聚,因此,降低纳米粒子的表面能,减弱纳米粒子的表面极性,提高纳米粒子与聚合物的相容性是制备聚合物/无机纳米复合材料的关键。采用钛酸酯偶联剂对纳米TiO₂粒子进行了表面有机改性,通过转矩流变仪采用熔融共混法制备了聚苯乙烯/TiO₂纳米复合材料。借助SEM、TEM、XRD、XPS和FT-IR等手段分析了纳米粉体表面修饰的效果,并对复合材料的力学性能、热性能和纳米粒子在聚苯乙烯基体中的分散性进行了测试和评价。结果表明:钛酸酯偶联剂JN-114能显著改善纳米TiO₂粒子的表面性质,使粒子表面由亲水性变为亲油性;纳米TiO₂表面修饰处理后,表面的C元素含量增加,并有P元素出现,表面的羟基和羰基密度降低,热失重率增大,说明偶联剂在纳米TiO₂表面发生了化学作用;修饰处理使纳米TiO₂表面极性降低,团聚程度减小,分散性提高。随着纳米TiO₂加入量的增加,聚苯乙烯/TiO₂纳米复合材料的冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率先增大后减小,杨氏模量呈增长趋势,加入一定量的纳米TiO₂可以提高复合材料的力学性能,起到增强增韧的作用;表面修饰过的纳米TiO₂平均粒径小于100nm,在聚苯乙烯基体中分散比较均匀;复合材料的热稳定性有所提高;热分解动力学研究结果表明,纳米粒子的加入使聚苯乙烯复合材料的热分解速率降低,活化能增大。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-10
1 文献综述  10-20
  1.1 纳米粒子结构特征及其表面修饰  10-16
    1.1.1 纳米粒子的结构和特性  10-11
    1.1.2 TiO_2 纳米粒子的性质  11-12
    1.1.3 无机纳米粒子的表面修饰  12-14
    1.1.4 粒子表面修饰常用的偶联剂  14-16
  1.2 PS/无机纳米复合材料的制备  16-20
    1.2.1 PS 基纳米复合材料的制备方法  16-18
    1.2.2 无机纳米粒子改性复合材料的作用机理  18-20
2 纳米TiO_2 的表面修饰研究  20-32
  2.1 前言  20
  2.2 实验原料  20-21
  2.3 实验方案及测试方法  21-22
    2.3.1 实验方案  21
    2.3.2 测试与表征  21-22
  2.4 实验结果及讨论  22-31
    2.4.1 静态沉淀实验  22
    2.4.2 红外光谱（FT-IR）分析  22-23
    2.4.3 X 射线光电子能谱（XPS）分析  23-25
    2.4.4 扫描电镜（SEM）分析  25-26
    2.4.5 透射电子显微镜（TEM）分析  26-28
    2.4.6 X 射线衍射（XRD）分析  28-29
    2.4.7 差热-热失重分析  29-31
  2.5 本章小结  31-32
3 制备聚苯乙烯/TiO_2 纳米复合材料及测试表征  32-55
  3.1 前言  32
  3.2 实验原料  32
  3.3 实验方案及方法  32-34
    3.3.1 熔融共混工艺研究  32-33
    3.3.2 聚苯乙烯/TiO_2 纳米复合材料性能的研究  33-34
  3.4 实验结果及讨论  34-54
    3.4.1 熔融共混工艺研究  34-38
    3.4.2 TiO_2 纳米粒子在基体中的分散稳定性  38
    3.4.3 拉伸性能测试及表征  38-42
    3.4.4 冲击强度测试  42-44
    3.4.5 扫描电镜（SEM）分析  44
    3.4.6 透射电子显微镜（TEM）分析  44-45
    3.4.7 差热-热重（DTA-TGA）分析  45-47
    3.4.8 聚苯乙烯/TiO_2 纳米复合材料分解活化能的研究  47-54
  3.5 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-60
致谢  60-61
导师简介  61-62
作者简介  62-63
学位论文数据集  63

聚苯乙烯/TiO_2纳米复合材料结构与性能研究

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