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LMPB-g-KH570的制备及其在ACM复合材料中的应用

作　者: 杨文武
导　师: 钱家盛
学　校: 安徽大学
专　业: 应用化学
关键词: 大分子表面改性剂纳米Si3N4 丙烯酸酯橡胶复合材料
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

橡胶基纳米复合材料是以橡胶为基体,复合材料体系中至少有一种组分其一维尺寸要在100nm以下的新型纳米复合材料,在当前材料领域,橡胶基纳米复合材料将是研究的热点之一。纳米氮化硅(Si3N4)粉体是一种性能优异的结构陶瓷材料。由于它具有热膨胀系数小、密度适中、硬度大、弹性模量高及热稳定性、自润滑性、化学稳定性和电绝缘性好等特点因而被广泛应用。纳米Si3N4陶瓷粉体在使用时非常容易团聚,这是因为纳米Si3N4陶瓷粉体的比表面积非常大,同时具有高表面自由能,这些都使得其在橡胶等聚合物体系中难于分散,从而导致橡胶纳米复合材料优异性能不能完全发挥。大分子表面改性剂能有效改善橡胶基体和纳米颗粒之间的相容性、促进纳米颗粒有效分散。本工作针对大分子表面改性剂的合成、纳米Si3N4的表面改性、在橡胶基体中的分散以及纳米复合材料的综合性能等方面进行了研究。1.采用溶液接枝聚合法制备了低分子量液体聚丁二烯-γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(LMPB-g-KH570)接枝共聚物,使用红外(FTIR)、核磁(1H-NMR)、热分析(TGA, DSC)等表征手段对接枝共聚物的结构进行分析；结果表明,LMPB-g-KH570是接枝共聚物；LMPB-g-KH570的接枝率为27.13%-35.07%(质量分数wt%),接枝共聚物的热稳定性良好。VPO结果表明LMPB-g-KH570的数均分子量Mn=4025,符合大分子表面改性剂的数均分子量在3000-10000之间的要求。2.使用合成的大分子表面处理剂LMPB-g-KH570对纳米Si3N4进行表面修饰,采用FTIR、TGA、沉降试验、透射电镜(TEM)、接触角和表面能等测定手段对改性后的粉体进行分析；结果表明LMPB-g-KH570与纳米Si3N4发生化学键合,纳米Si3N4颗粒表面包覆一层有机层,LMPB-g-KH570的利用率为63.67%,且其化学修饰利用率可以达到30.66%；纳米Si3N4经表面修饰后,纳米Si3N4颗粒的表面能降低,在乙酸乙酯中分散均匀,有效阻止了纳米Si3N4的团聚；纳米Si3N4经表面改性后,表面亲水性减弱,亲油性增加,表面自由能由未改性的112.32J/M2降低到70.12J/M2。3.将大分子表面处理剂]LMPB-g-KH570改性后的纳米Si3N4粉体填充丙烯酸酯橡胶(ACM),制备了纳米Si3N4/ACM复合材料。利用RPA-8000、SEM、TEM等手段对纳米复合材料的微观结构和性能进行了分析和评价。结果表明,改性纳米Si3N4能有效改善复合材料的微观界面相互作用并提高橡胶的硫化和力学性能。在RPA动态力学性能扫描测试生胶及混炼胶性能的试验中,弹性模量G’和损耗因子tanδ均随频率和应变的升高,分别显示出降低和增大的规律,频率和应变的适当提高可以改善其加工性。与纯ACM相比,添加2.0份改性后纳米Si3N4/ACM复合材料正硫化时间降低38秒,拉伸强度提高24.8%,撕裂强度提高3.39%。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-26
  1.1 大分子表面改性剂的研究现状及主要合成方法和应用  9-14
    1.1.1 大分子表面改性剂的研究现状  9-10
    1.1.2 大分子表面改性剂的主要合成方法  10-13
      1.1.2.1 表面活性单体聚合  10
      1.1.2.2 亲水/疏水单体共聚合  10
      1.1.2.3 大分子化学反应  10-11
      1.1.2.4 自乳化微乳液共聚合法  11-12
      1.1.2.5 原子转移自由基聚合方法(ATRP)  12
      1.1.2.6 离子聚合  12-13
    1.1.3 大分子表面改性剂的应用  13-14
  1.2 橡胶基纳米复合材料的研究进展  14-19
    1.2.1 无机陶瓷纳米粉体/橡胶复合材料  14-15
    1.2.2 纳米粘土/橡胶复合材料  15-17
    1.2.3 纳米金属氧化物橡胶复合材料  17
    1.2.4 碳纳米管橡胶复合材料  17-18
    1.2.5 丙烯酸酯橡胶复合材料的研究进展  18-19
  1.3 本论文的主要设计思想与研究内容  19-21
    1.3.1 主要设计思想  19-20
    1.3.2 研究内容  20-21
  参考文献  21-26
第二章大分子表面改性剂的合成与表征  26-39
  2.1 引言  26-28
  2.2 实验部分  28-31
    2.2.1 实验药品  28
    2.2.2 实验仪器  28-29
    2.2.3 原料的精制  29
    2.2.4 LMPB-g-KH570的制备  29-30
    2.2.5 接枝率的测定  30
    2.2.6 固含量及转化率测定  30
    2.2.7 大分子表面改性剂LMPB-g-KH570的表征  30-31
  2.3 结果与讨论  31-36
    2.3.1 非水滴定法测定接枝率  31-32
    2.3.2 FT-IR分析  32-33
    2.3.3 核磁共振谱图分析  33-34
    2.3.4 气相渗透法(VPO)测定  34-35
    2.3.5 热分析  35-36
  2.4 小结  36-37
  参考文献  37-39
第三章纳米Si_3N_4的表面改性研究  39-53
  3.1 引言  39
  3.2 实验部分  39-41
    3.2.1 实验药品及仪器  39-40
      3.2.1.1 实验药品  39-40
      3.2.1.2 实验仪器及设备  40
    3.2.2 大分子改性剂LMPB-g-KH570包覆改性纳米Si_3N_4粉体  40
    3.2.3 表面改性后纳米Si_3N_4粉体的表征  40-41
  3.3 结果与讨论  41-50
    3.3.1 FT-IR分析  41-42
    3.3.2 LMPB-g-KH570改性纳米Si_3N_4粉体的条件优化  42-46
    3.3.3 TEM分析  46-47
    3.3.4 TGA分析  47-48
    3.3.5 接触角和表面能分析  48-50
  3.4 小结  50-51
  参考文献  51-53
第四章纳米Si_3N_4/ACM复合材料的制备及性能研究  53-66
  4.1 引言  53
  4.2 实验部分  53-55
    4.2.1 实验原料  53-54
    4.2.2 试验设备和仪器  54
    4.2.3 基本配方  54
    4.2.4 nano-Si_3N_4/ACM复合材料试样的制备  54-55
    4.2.5 测试与分析  55
  4.3 结果与讨论  55-64
    4.3.1 纳米Si_3N_4/ACM复合材料的力学性能  55-56
    4.3.2 纳米Si_3N_4/ACM复合材料的硫化性能研究  56-57
    4.3.3 改性后纳米Si_3N_4对ACM混炼胶动态力学性能的影响  57-62
    4.3.4 TGA分析  62
    4.3.5 改性后纳米Si_3N_4粒子在复合材料中的分散性  62-64
  4.4 小结  64-65
  参考文献  65-66
第五章总结  66-67
致谢  67-68
攻读硕士学位期间发表的论文  68

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