聚苯乙烯/TiO2纳米复合材料的制备与性能研究

论文摘要

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。它综合了无机纳米材料和聚合物的优点,但由于无机纳米粒子极易相互团聚,难以最大限度地发挥纳米效应。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。实验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。借助亲油性实验、FT-IR、XPS、流变实验、冲击强度测试、DTA-TG等方法对改性前后纳米TiO2粒子和聚苯乙烯/TiO2纳米复合材料进行了测试和分析。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;改性前后的纳米TiO2粒子表面基团发生了变化,表面改性后纳米TiO2表面的C元素含量增加,并有P元素出现,表面的羟基密度减小,热失重率增大,说明钛酸酯偶联剂在纳米TiO2表面发生了化学作用。通过转矩流变仪对材料的流变性能进行了测试;纳米TiO2的加入提高了聚苯乙烯/TiO2纳米复合材料的冲击强度,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先增大后减小,改性后纳米TiO2的增韧效果好于未改性纳米TiO2;DTA-TG曲线显示,聚苯乙烯/TiO2纳米复合材料与纯聚苯乙烯材料相比,热稳定性有所提高。修正了无机纳米粒子在聚合物熔体中的分散过程数学模型,从而为通过改变共混时间来控制纳米TiO2在聚苯乙烯中的分散提供了理论指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 纳米技术与纳米材料
• 1.1.1 纳米粒子的特性
• 1.1.2 纳米粒子的结构
• 1.1.3 纳米粒子的表面改性
• 1.2 聚合物基纳米复合材料
• 1.2.1 聚合物基纳米复合材料的制备方法
• 1.2.2 聚合物基纳米复合材料的表征方法
• 1.2.3 纳米粒子增强增韧聚合物的机理
• 1.3 无机纳米粒子改性聚合物研究进展
• 3'>1.3.1 纳米 CaCO₃
• 2'>1.3.2 纳米 TiO₂
• 2'>1.3.3 纳米 SiO₂
• 2 的表面改性'>2 纳米 TiO₂的表面改性
• 2.1 前言
• 2.2 实验原料
• 2.3 实验方案及测试方法
• 2.3.1 实验方案
• 2.3.2 测试与表征
• 2.4 实验结果及讨论
• 2.4.1 表面改性剂的选择实验
• 2.4.2 分散实验
• 2.4.3 正交实验
• 2.4.4 亲油性实验
• 2.4.5 差热-热失重分析
• 2.4.6 红外光谱分析
• 2.4.7 X 射线光电子能谱分析
• 2.5 本章小结
• 2 纳米复合材料'>3 熔融共混法制备聚苯乙烯/TiO₂纳米复合材料
• 3.1 前言
• 3.2 实验原料
• 3.3 实验方案及方法
• 3.3.1 熔融共混工艺研究
• 2 纳米复合材料性能的研究'>3.3.2 聚苯乙烯/TiO₂纳米复合材料性能的研究
• 3.4 实验结果及讨论
• 3.4.1 流变曲线的重复性
• 3.4.2 熔融共混工艺研究
• 3.4.3 流变性
• 3.4.4 冲击强度测试
• 3.4.5 差热-热失重分析
• 2 粒子在聚苯乙烯中分散规律的非牛顿模拟'>3.5 纳米 TiO₂粒子在聚苯乙烯中分散规律的非牛顿模拟
• 3.5.1 流体在混合器中的运动
• 2 团聚体在聚苯乙烯中的分散模型推导'>3.5.2 纳米 TiO₂团聚体在聚苯乙烯中的分散模型推导
• 2 团聚体在聚苯乙烯中的分散模型修正'>3.5.3 纳米 TiO₂团聚体在聚苯乙烯中的分散模型修正
• 3.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集