论文题目: 纳米碳酸钙的分散和聚合物包覆
论文类型: 博士论文
论文专业: 化学工程
作者: 史建明
导师: 黄志明,包永忠
关键词: 纳米碳酸钙,团聚,分散,原位聚合,接枝,包覆
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 无机纳米粒子已广泛应用于高分子材料改性,但其表面能高,与聚合物极性相差大,难以实现与聚合物的界面相容和在高分子基体中的纳米分散。无机纳米粒子包覆聚合物是改性的重要方法之一,对提高无机纳米粒子的分散性及增强与聚合物基体间的相容性具有很大作用。本文以纳米碳酸钙及团聚体的化学结构和颗粒特性分析为基础,从热力学角度出发,解析纳米粒子的团聚过程,建立团聚物理模型,进而研究纳米碳酸钙分散、解团聚和表面改性规律,制备聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）包覆的纳米碳酸钙粒子并研究其在聚氯乙烯（PVC）中的分散和界面粘结性,为解决无机纳米微粒在高分子材料中应用的关键问题提供一定基础。 纳米CaCO3粒子及其团聚体化学结构和颗粒特性的分析表明:纳米CaO3初级粒子平均粒径约为43nm,呈方解石立方体晶体结构,表面富含羟基,表面能大,但易于团聚。团聚体含有大量初级粒子,粒径达微米级,粒间存在大量孔隙;提出了一个初级粒子聚集过程模型,认为初级粒子聚集速率随团聚粒子个数增加而递减,最后团聚粒子达到某个尺寸不再增加。 在建立团聚物理模型的基础上,进行纳米CaCO3在液相中的分散和解团聚规律研究,发现粒径小于200nm的CaCO3在纯水中分散稳定,其稳定性随pH值的增加而提高;在聚丙烯酸钠（PSA）水溶液中的分散,随液相pH增加,表面吸附量虽减小,但分散稳定性却提高;pH值越大,超声波解团聚效果越好。纳米CaCO3在有机介质中浸润性越好,分散粒径越小,更多团聚体被解离成0～1μm小粒子。 分别以硬脂酸、钛酸酯和Y-甲基丙烯酸三甲氧基硅烷（MPTMS）偶联改性纳米CaCO3,再进行原位少皂乳液聚合制备PMMA/纳米CaCO3复合粒子。其中采用MPTMS改性将C=C双键引到CaCO3粒子表面,有更大的PMMA接枝率和接枝效率,接枝分子量随接枝MPTMS量增加而减小,分子量分布变宽。聚合过程中,团聚粒子不断剥离成较小粒子。 将偶氮二氰基戊酸（ACPA）螯合到纳米CaCO3表面,接着进行MMA分散聚合,研究聚合动力学和表面接枝行为,发现螯合引发剂分解温度略有降低,引发活性增加;MMA聚合反应表观活化能为130kJ/mol;PMMA接枝率随聚合转化率增加
论文目录:
摘要
ABSTRACT
1、前言
2、文献综述
2．1 纳米粒子的团聚
2．1．1 软团聚原因
2．1．2 硬团聚原因
2．1．3 纳米颗粒团聚动力学
2．2 介质中纳米颗粒分散机理和技术
2．2．1 液相介质纳米颗粒的分散理论
2．2．1．1 静电排斥稳定作用(DLVO理论)
2．2．1．2 空间位阻稳定作用(HVO理论)
2．2．1．3 电空间位障稳定
2．2．2 聚合物熔体中纳米粒子分散机理
2．2．2．1 纳米粉体聚集体破裂分散机理
2．2．2．2 纳米粉体聚集体剥蚀破碎机理
2．2．3 纳米粒子在介质中的分散技术
2．2．3．1 超声波分散
2．2．3．2 机械力分散
2．2．3．3 分散剂分散
2．2．3．4 抗静电分散
2．2．3．5 冷冻干燥分散
2．3 无机纳米粒子表面改性
2．3．1 偶联剂改性
2．3．2 酯化反应及表面酸处理法
2．3．3 高能处理法
2．3．4 聚合物包覆
2．4 聚合物包覆无机纳米粒子制备技术
2．4．1 物理包覆
2．4．2 化学包覆
2．4．2．1 粒子表面基团直接参与接枝
2．4．2．2 粒子表面接枝可聚合化合物共聚接枝
2．4．2．3 粒子表面活性部位引发接枝聚合
2．5 课题提出
参考文献
3、纳米碳酸钙颗粒特性分析和团聚模型
3．1 引言
3．2 实验部分
3．2．1 实验原料
3．2．2 表征
3．3 结果与讨论
3．3．1 纳米碳酸钙晶型和化学结构分析
3．3．2 纳米碳酸钙形貌分析
3．3．3 纳米碳酸钙粒径和比表面积分析
3．3．4 团聚过程物理模型
3．4 本章小结
参考文献
4、碳酸钙液相分散研究
4．1 引言
4．2 实验部分
4．2．1 实验原料
4．2．2 纳米碳酸钙分散试验
4．2．3 PSA 吸附量测定
4．2．4 表征
4．3 结果与讨论
4．3．1 纳米碳酸钙水相中分散行为研究
4．3．1．1 纳米碳酸钙在纯水相中的分散
4．3．1．2 纳米碳酸钙在PSA水溶液中的分散
4．3．2 纳米碳酸钙在有机介质中的分散
4．3．2．1 纳米碳酸钙在有机介质中的浸润
4．3．2．2 有机介质中纳米碳酸钙的解团聚
4．3．2．3 乙醇中分散剂对超声波解团聚效果的影响
4．4 本章小结
参考文献
5、纳米碳酸钙粒子表面改性研究
5．1 引言
5．2 实验部分
5．2．1 试验原料
5．2．2 纳米碳酸钙粒子表面改性
5．2．3 表征
5．3 结果与讨论
5．3．1 纳米碳酸钙表面偶联改性
5．3．2 含C=C活性基团的硅烷偶联剂接枝改性
5．3．2．1 红外分析
5．3．2．2 TGA分析
5．3．2．3 接枝量影响
5．3．3 表面螯合偶氮引发剂
5．3．4 表面锚固偶氮引发剂
5．4 本章小结
参考文献
6、乳液聚合包覆纳米碳酸钙粒子
6．1 引言
6．2 实验部分
6．2．1 实验原料
6．2．2 乳液聚合包覆纳米碳酸钙粒子
6．2．3 表征
6．3 结果与讨论
6．3．1 超声波对团聚体破碎作用分析
6．3．2 超声分散对复合粒子粒径分布和形态的影响
6．3．3 PMMA接枝率和接枝效率研究
6．3．3．1 纳米碳酸钙改性方式影响
6．3．3．2 引发剂量影响
6．3．3．3 CaCO_3／MMA比率影响
6．3．4 MPTMS对接枝分子量和接枝密度的影响
6．3．5 PMMA／CaCO_3复合粒子结构表征
6．3．6 乳液聚合胶囊化机理
6．4 本章小结
参考文献
7、原位分散聚合制备聚甲基丙烯酸甲酯／纳米碳酸钙复合粒子
7．1 引言
7．2 实验部分
7．2．1 实验原料
7．2．2 PMMA／纳米碳酸钙复合粒子的制备
7．2．3 PMMA／纳米碳酸钙复合粒子的表征
7．3 结果与讨论
7．3．1 MMA／ACPA整合纳米碳酸钙原位分散聚合
7．3．1．1 聚合动力学
7．3．1．2 接枝率及接枝效率
7．3．2 MMA／锚固ACPA纳米碳酸钙原位分散聚合
7．3．2．1 聚合动力学
7．3．2．2 接枝率和接枝效率
7．3．2．3 链转移剂的影响
7．3．2．4 接枝PMMA平均分子量及分子量分布
7．3．2．5 MMA转化率对接枝密度的影响
7．3．3 复合粒子表征
7．4 本章小结
参考文献
8、PMMA／纳米CaCO_3复合粒子分散性能研究
8．1 引言
8．2 实验部分
8．2．1 实验原料
8．2．2 接触角试验
8．2．3 沉降试验
8．3 结果与讨论
8．3．1 粒子表面γ_f~s的求取
8．3．2 有机液相中的分散研究
8．4 本章小结
参考文献
9、PMMA包覆CaCO_3在PVC中的分散研究
9．1 引言
9．2 实验部分
9．2．1 实验原料
9．2．2 PVC／CaCO_3复合材料样片制备
9．2．3 机械性能试验
9．2．4 PVC／纳米CaCO_3复合物形态
9．3 结果与讨论
9．3．1 PMMA接枝纳米CaCO_3在PVC中的分散形貌
9．3．2 分散过程分析
9．3．3 填充物界面热力学研究
9．3．4 PMMA接枝层对PVC机械性能的影响
9．4 本章小结
参考文献
10、结论
致谢
作者简介
攻读博士学位期间发表的论文
发布时间: 2006-05-10
参考文献
- [1].梯度共聚物的可控制备、性能及形状记忆功能[D]. 郭云龙.浙江大学2016