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硅溶胶改性聚丙烯酸酯复合材料的制备与应用研究

作　者: 叶非华
导　师: 易国斌
学　校: 广东工业大学
专　业: 应用化学
关键词: 硅溶胶 聚丙烯酸酯乳液 种子乳液聚合 硅烷偶联剂 纳米复合材料 PVC
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


聚丙烯酸酯(ACR)虽然具有优良的耐候性,能显著提高热塑性树脂(如：IPVC)的抗冲击强度,促进树脂塑化性能以及增强增韧树脂等优点。但其往往是以牺牲PVC等材料宝贵的刚性、耐热性、尺寸稳定性及可加工性能为代价；而且聚丙烯酸酯价格昂贵,造成改性后的PVC价格增长。随着纳米技术的出现,由于纳米粒子本身所具有的表面效应和量子效应等特性,不仅可以提高材料韧性,同时材料的刚性和强度也有所提高。因此纳米技术为PVC塑料的增韧、增强改性提供了一种创新的方法和途径。本文选择硅溶胶作为无机纳米粒子,对其表面进行有机化改性,在ACR外壳制备过程中加入改性硅溶胶,聚合得到硅溶胶改性的聚丙烯酸酯复合材料(ACR/SiO2),并进一步研究了该复合材料在PVC中的应用。主要研究内容及结果如下：通过选择不同链长和官能团的硅烷偶联剂对硅溶胶表面进行有机化改性,优选出KH-560作为硅溶胶的表面改性剂,通过FT-IR, DLS, TG等表征手段对改性后的硅溶胶进行表征,实验结果表明：硅烷偶联剂KH-560已经成功地接枝到纳米SiO2的表面,改性后的纳米SiO2具有更好的亲油性,易于与有机高分子聚合物ACR复合。采用动态光散射粒度分析仪对所合成的复合乳胶粒(ACR/SiO2)粒径及其分布进行了分析测试,借助于FT-IR、TG、DSC考察了ACR/SiO2的组成变化、热分解性能以及玻璃化转变温度,采用TEM对ACR/SiO2的结构进行了验证,最后借助于SEM观察了不同SiO2含量的ACR/SiO2复合粒子的表面形态；实验结果表明,采用预乳化种子乳液聚合法制备的ACR/SiO2复合乳液,可以有效地控制乳胶粒径及其分布；FT-IR、TG测试表明,纳米ACR乳胶粒与改性纳米Si02粒子达到了一定程度的复合；TEM、SEM谱图显示,在复合乳液中,硅溶胶是以纳米SiO2粒子的形式存在的,且均匀地吸附在ACR乳胶粒的表面；DSC分析表明,ACR/SiO2复合粒子出比纯ACR多出一个玻璃化转变温度(Tg)。将纳米ACR/SiO2复合材料与PVC共混,分析探讨了ACR/SiO2复合材料对PVC塑化性能及力学性能的影响。实验表明：ACR/SiO2复合粒子能够促进PVC体系的塑化,缩短塑化时间,提高塑化性能,且对PVC的机械加工性能没有明显的不良影响；纳米ACR/SiO2粒子能较好地分散在PVC基体中,并能明显提高PVC的缺口冲击强度。当纳米SiO2与ACR的质量比为15/100,且100份PVC中加入6份该纳米ACR/SiO2时,材料的缺口冲击强度提高最为明显。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-11
Cotnents  11-14
第一章 绪论  14-36
  1.1 纳米粒子的特性  14-16
  1.2 纳米硅溶胶的性质  16-17
  1.3 硅烷偶联剂改性无机纳米粒子的研究  17-22
    1.3.1 硅烷偶联剂对纳米粒子的表面修饰  17-18
    1.3.2 硅烷偶联剂改性机理  18-19
    1.3.3 不同有机官能团的硅烷偶联剂对纳米SiO_2的表面修饰  19-22
  1.4 硅溶胶/聚丙烯酸酯复合乳液的研究  22-28
    1.4.1 硅溶胶改性丙烯酸类树脂的研究现状  22-24
    1.4.2 有机/无机复合乳液的作用机理  24-28
  1.5 纳米粒子/聚合物复合粒子改性PVC研究进展  28-32
  1.6 本研究课题的来源  32
  1.7 本论文工作的提出和主要研究内容  32-34
    1.7.1 硅溶胶的表面改性  33
    1.7.2 ACR/SiO_2复合材料的制备  33-34
    1.7.3 纳米ACR/SiO_2复合材料的结构表征与性能测试  34
    1.7.4 纳米ACR/SiO_2复合材料在PVC中的应用研究  34
  1.8 本课题的创新性  34-36
第二章 硅溶胶的表面改性研究  36-41
  2.1 实验部分  36-37
    2.1.1 主要原料及仪器  36
    2.1.2 改性硅溶胶的制备  36
    2.1.3 改性硅溶胶的FT-IR分析  36
    2.1.4 改性硅溶胶的粒径分析  36-37
  2.2 结果与讨论  37-39
    2.2.1 硅烷偶联剂的选择  37
    2.2.2 纳米SiO_2表面改性后的FT-IR分析  37-38
    2.2.3 纳米SiO_2表面改性后的粒径分析  38-39
  2.3 本章小结  39-41
第三章 ACR/SiO_2复合材料的制备与表征  41-53
  3.1 实验部分  41-43
    3.1.1 实验主要原料  41
    3.1.2 实验主要仪器设备  41-42
    3.1.3 ACR/SiO_2复合材料的制备  42
    3.1.4 ACR/SiO_2复合乳胶粒粒径及其分布  42
    3.1.5 ACR/SiO_2复合粒子的组成变化分析  42-43
    3.1.6 ACR/SiO_2复合粒子的热重分析  43
    3.1.7 ACR/SiO_2复合粒子的DSC分析  43
    3.1.8 ACR/SiO_2复合粒子的表面形态观察  43
    3.1.9 ACR/SiO_2复合乳胶粒的形态结构确定  43
  3.2 结果与讨论  43-51
    3.2.1 ACR/SiO_2复合乳胶粒粒径及其影响因素  43-47
    3.2.2 ACR/SiO_2复合粒子的FT-IR分析  47-48
    3.2.3 ACR/SiO_2复合粒子的TG分析  48-49
    3.2.4 ACR/SiO_2复合粒子的DSC分析  49
    3.2.5 ACR/SiO_2复合粒子的SEM分析  49-50
    3.2.6 ACR/SiO_2复合乳胶粒TEM分析  50-51
  3.3 本章小结  51-53
第四章 ACR/SiO_2与PVC共混改性研究  53-64
  4.1 实验部分  53-54
    4.1.1 主要原料  53
    4.1.2 主要仪器设备  53-54
    4.1.3 ACR/SiO_2与PVC共混物的流变性能测试  54
    4.1.4 ACR/SiO_2与PVC共混物的力学性能测试  54
  4.2 结果与讨论  54-62
    4.2.1 ACR/SiO_2对PVC塑化性能的影响  54-58
    4.2.2 ACR/SiO_2复合乳液的合成因素对PVC抗冲击性能的影响  58-61
    4.2.3 ACR/SiO_2复合粒子用量对PVC抗冲击性能的影响  61-62
  4.3 本章小结  62-64
结论  64-66
参考文献  66-72
攻读学位期间取得的研究成果  72-74
致谢  74

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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