纳米粉体表面改性及溶剂化的研究

发布时间：2019-09-29 10:09

【摘要】：为了获得高性能的聚合物基纳米复合材料,对纳米粉体改性是至关重要的。大分子改性剂的结构包含能与纳米粉体表面形成化学键合的基团和能与聚合物基体相容的柔性长链。为此使用大分子改性剂对纳米粉体进行改性可以很好的改善粉体在聚合物基体中的分散性,有助于提高聚合物纳米复合材料的性能。然在粉体改性过程中,存在很多影响粉体分散性能的因素,为此本文就在大分子表面改性剂对粉体改性过程中溶剂的影响以及大分子改性剂的嵌段比例的影响进行了研究。1、利用溶液聚合法合成了大分子表面改性剂低相对分子量聚丁二烯液体橡胶接枝马来酸酐(LMPB-g-MAH),并用其对纳米Ti02进行了表面改性,在表面改性过程中通过调节不同极性有机溶剂的比例来研究改性过程中溶剂对粉体改性效果的影响。采用FT-IR、GPC以及TGA等对所合成的大分子表面处理剂的结构、分子量、分子量分布以及热性能进行表征；改性前后纳米Ti02的结构和性能变化通过FT-IR、粒径分析TGA、接触角测试、亲油化度、沉降实验和透射电镜等进行分析评价。结果表明,大分子改性剂在有机溶剂环境下均能改性纳米二氧化钛粉体,并且在混合溶剂环境中表面改性的效果均优于单一溶剂环境。同时对机理进行进一步的探索。2、通过原子转移自由基聚合(ATRP)方法合成了大分子引发剂PAN-Br和嵌段共聚物PAN50-b-PGMA9, PAN50-b-PGMA22, PAN50-b-PGMA37, PAN50-b-PGMA50。通过FT-IR、1H-NMR、13C-NMR对大分子引发剂以及嵌段共聚物进行了结构表征与分析,TGA表征大分子引发剂PAN-Br和嵌段共聚物的热性能,得出嵌段共聚物的热性能稳定。用以上合成的不同嵌段比例的共聚物在乙酸乙酯与DMF的混合溶剂中分别对纳米AlN粉体进行了表面改性。改性前后的AlN粉体通过沉降实验、红外光谱、粒径分析、TGA、接触角、透射电镜等进行了表征。结果表明,嵌段共聚物PAN-b-PGMA在三乙胺为催化剂的条件下80℃乙酸乙酯与DMF的混合溶剂中改性纳米AlN粉体,最佳的嵌段比为PAN50-b-PGMA50。红外分析显示改性剂的环氧基团能够与纳米AlN表面的活性基团发生反应。TGA显示大分子改性剂PAN50-b-PGMA50的利用率达到78%,其中化学包覆量的比例为41.57%。改性后的AlN由于表面疏水性增强,在水中的接触角由21°增大到62.5°。透射电镜显示大分子改性剂能够有效提高粉体在有机溶剂乙酸乙酯中的分散性。
【图文】：

团聚机理,纳米粉体

为了能更大程度的发挥纳米粉体的性能，满足在实际应用中的需要，对其进逡逑行表面改性是非常必要的。如当我们制备聚合物－纳米复合材料时，，纳米粉体之逡逑间很容易通过氧键、范德华键以及化学键团聚（图１－１）丨２８］，使粉体在聚合物基逡逑质中的分散性不够好，从而会影响着聚合物－纳米复合材料的性能，为此需要对逡逑纳米粉体进行表面改性以提高它的分散性，得到真正意义上的聚合物－纳米复合逡逑材料＿。逡逑、多逦％邋？、、逡逑船—ａ＿．邋ＨＯ＾ｐＯＨ＾ＨＯ＾ｙＯＨ逡逑图１－１纳米粉体团聚机理图逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｎａｎｏ邋ｐｏｗｄｅｒｓ＇邋ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ逡逑粉体表面改性通常通过加入表面改性剂，使粉体表面发生化学或者物理作逡逑用，从而对粉体达到改性的效果。到目前为止，最常用的改性手段有：小分子偶逡逑联剂法、酯（醚）化反应法、表面活性剂法、大分子表面改性剂改性、表面接枝逡逑法等。逡逑１．２．２．１小分子偶联剂法逡逑２逡逑

改性纳米,偶联剂,粉体,机理

１．２．２．２酯（醚）化反应法逡逑酷（醚）化反应主要就是利用改性剂的基团与粉体表面基团发生酯化或者醚逡逑化反应，从而起到改性作用。其机理见图１－３。如用＾一院醇（ＵＤ－ＯＨ）、十六逡逑碳醇（ＨＤ－ＯＨ）、正辛醇（ＯＣ－ＯＨ）、十二烧二元醇（ＤＤ－（０Ｈ）２）分别对纳米桂逡逑晶（Ｓｉ－ｎｃ）进行改性，可形成邋Ｓｉ－ｎｃ－０－ＵＤ，Ｓｉ－ｎｃ－０－ＨＤ，邋Ｓｉ－ｎｃ－ＯＯＣ邋以及逡逑Ｓｉ－ｎｃ－Ｏ－ＤＤ－Ｏ－ｎｃ－ＳＰ］。Ｍ．邋Ｆｕｊｉ［３８］等用丁醇对高纯石英沙进行了表面改性，得出逡逑丁醇与粉体表面发生了反应，并包覆在了粉体的表面；他还使用了一系列的醇类逡逑３逡逑
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.3

【参考文献】