【硕士】一种大分子表面改性剂的设计

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内容简介

　　【硕士】一种大分子表面改性剂的设计　　授予学位：硕士　　学位授予单位：安徽大学　　学位年度：2010　　 聚合物基纳米复合材料要实现规模化，采用“收敛法”来改性纳米粒子是相对简单、有效的一种方法。即针对复合体系组分的结构与性能先设计、合成大分子表面改性剂，通过改性剂大分子结构中的反应性官能团与无机纳米粒子表面活性基团的反应，实现对纳米粒子的表面改性与修饰，再将修饰后的纳米粒子添加到复合体系中的聚合物中，改善其性能或赋予其特殊功能。　　 本文设计、合成了一种新型的一端接反应性官能团大分子表面改性剂。这种大分子表面改性剂同其他改性大分子表面改性剂相比，在具有较好改性效果的同时，可以大幅降低原料成本。本论文将这种一端接活性基团的改性大分子改性了多种陶瓷纳米粉体并填充到聚氨酯（PU）中，对聚氨酯纳米复合材料的性能进行了研究,主要包括以下四个部分：　　 第一章是绪论。通过文献调研，主要介绍了聚合物基纳米复合材料的研究现状、无机纳米粒子表面改性的研究进展及聚氨酯纳米复合材料的的研究现状等，最后提出了本课题的设计思路。　　 第二章是介绍了二步法合成出一端接反应性官能团的聚丙烯酸酯低聚物。首先以甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸丁酯(BA)为单体，巯基乙醇（2-ME）为链转移剂， 低浓度的偶氮二异丁腈(AIBN) 为引发剂， 在110℃ 将按n(MMA):n(BA):n(2-ME):n(AIBN)=500:500:25:1 配制的溶液在2.5h 内滴加到甲苯中，反应4h，得到多分散系数（ Mw/Mn ）=1.8、一端带羟基的聚丙烯酸酯低聚物(MMA)m (BA)n OH；再加入甲苯-2,4-二异氰酸酯（TDI）或马来酸酐（MAH）与其端羟基反应，合成出一端接-NCO 的聚丙烯酸酯低聚物(MMA)m (BA)n NCO和一端接-COOH 的(MMA)m (BA)n COOH。低聚物应用FTIR、1H NMR、13C NMR、GPC、DSC 及TGA 等对其结构与热性能进行了表征。结果表明，产物的分子结构符合预先的分子设计，即一端接有反应性官能团-NCO 或-COOH，数均分子量Mn 在4500 左右，DSC 显示合成的低聚物只有一个Tg, TGA测出其主要热失重在300～450℃。　　 第三章用合成的大分子改性剂(MMA)m (BA)n NCO分别对纳米氮化硅（Si3N4）、纳米二氧化硅（SiO2）及纳米碳酸钙（CaCO3）进行了表面改性实验。通过沉降实验、粒径分析、透射电镜（ TEM）表明处理后的纳米粒子的团聚现象明显减小，在有机溶剂中分散均匀，有效阻止了纳米粉体的团聚；FTIR、扫描电镜（SEM）表明大分子改性剂与纳米粒子进行了化学键合，在其表面包覆了一层大分子有机层，并通过TGA 分析出大分子改性剂与纳米粒子发生化学包覆的百分比；通过接触角分析，结果表明改性纳米粒子亲水性降低、亲油性增加。另外通过硬脂酸对纳米CaCO3 表面进行改性，表明其改性效果较(MMA)m (BA)n NCO好。　　第四章介绍了改性后的纳米粒子填充聚氨酯中制备纳米聚氨酯复合材料。采(MMA)m (BA)n NCO改性的纳米SiO2 填充到PU 合成革中，硬脂酸改性的纳米CaCO3 分别填充到PU 合成革及PU 微发泡鞋底料中，分别研究了它们的基本物理力学性能、耐磨性能等。结果表明，当改性纳米SiO2 的添加量为0.3～0.5%时，PU 合成革的力学性能有显著提高，改性纳米CaCO3 以3.1～6.2%的添加量填充到PU 微发泡鞋底料中，在不影响其基本性能的前提下，可以较大幅度地降低生产成本。　　

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