【硕士】聚苯乙烯空心微球及其复合材料的制备与研究

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内容简介

　　【硕士】聚苯乙烯空心微球及其复合材料的制备与研究　　授予学位：硕士　　学位授予单位：武汉理工大学　　学位年度：2009　　 中空微球能够显著降低基体材料密度，具有良好的隔音、隔热、耐腐蚀性能；腔内的空气泡对光线具有较高的散射力，能够提高涂层的遮盖效果，被广泛的应用于航天材料、深潜材料、固体浮力材料、保温材料、建筑材料、油漆涂料、化妆品、生物制药等行业。聚合物中空微球作为新型中空微球材料，相比于无机质复合微球，具有更低的密度和更高的抗压强度，且使用过程中不易破裂，稳定性优异。目前，国内外研究主要集中于有机质复合微球的研究，但是采取聚合物包覆发泡剂的报道较少，主要是因为发泡剂偶氮二甲酰胺(AC)在溶液的分散性较差，在中空化聚合过程中极易发生团聚。本实验致力于通过解决AC的分散性来制备聚合物中空微球复合材料。　　 本文采用重结晶的方法，将AC溶于浓盐酸中，再用氢氧化钠中和，使纳米级的AC分散于NaCl溶液中，结晶除去NaCl晶体，有效解决了AC在溶液中的分散问题。选用苯乙烯为反应单体通过乳液聚合制备聚苯乙烯的种子乳液，在种子乳液中加入AC、二乙烯基苯进行聚合，制备包覆AC的聚苯乙烯微球。将制备的微球进行发泡后，填充到环氧树脂中，固化得到聚苯乙烯空心微球复合材料。　　 通过对单体、乳化剂、引发剂、预乳液、交联剂、发泡剂以及反应过程中聚合温度、反应时间等方面的研究，分析各组分用量对乳液性能的影响，同时考察各因素对聚合物粒子形貌、粒径大小及分布等方面的影响。确定了单体、乳化剂、引发剂、交联剂和发泡剂的最佳配方以及聚合温度、反应时间的最佳参数值。最终以苯乙烯为反应单体，引发剂过硫酸铵8％，油酸钠与OP．10质量比10：4，用量2．4％，制备种子乳液，再取50％的预乳液，加入AC发泡剂3 g，二乙烯基苯3．6％进行聚合，制备出了平均粒径为208nm的聚苯乙烯微球。将微球发泡制备空心微球，并且粒径增长了约2．5倍。　　 将所制备的聚苯乙烯空微球填充到环氧树脂中，以三乙烯四胺为固化剂，制备环氧树脂复合材料。研究了空心微球加入量对复合材料密度、拉伸性能、冲击性能、断裂韧性、压缩性能的影响，并得出聚苯乙烯空一心微球加入量为2．5％时，环氧树脂复合材料的拉伸强度64．45 MPa，冲击强度13．4 l(J／m2，KIc为1．673MPa／m2，压缩强度14．14 MPa，各项力学性能均得到了不同程度的提高。　　 本文重点解决AC在溶液中分散性较差的问题，确定了制备聚合物中空微球的工艺。笔者制备的聚苯乙烯空心微球复合材料具有良好的力学性能、使用性能和功能性能。　　

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