聚合物基微纳多层光学薄膜材料的纳米改性
发布时间：2020-04-07 07:23
【摘要】：聚合物基纳米复合材料具有纳米粒子和聚合物两者各自的优势特点,也具有两者的协同作用,被广泛应用于航空航天、医疗器械、电子器械以及自动化等行业,本文利用纳米改性的方法,改善纳米粒子在聚合物基体中的分散性,提高聚合物基纳米复合材料的综合性能,重点是其光学性能,得到的研究结果如下:(1)利用分子动力学方法,对纳米富勒烯/聚乙烯复合薄膜体系进行了模拟,分析了薄膜的空间限制作用、挤压作用以及薄膜变形速率对纳米粒子在聚乙烯薄膜中分散性的影响。结果表明,纳米复合薄膜的空间限制作用阻碍了纳米富勒烯的分散;对薄膜施加单向压力,纳米粒子受到的挤压作用,可以促进纳米富勒烯的分散;在挤压变形量相同的条件下,薄膜变形的速率越小,纳米富勒烯的分散效果越好。当薄膜变形速率减小到一定程度时,富勒烯的分散效果能够接近其与聚合物本体进行复合时的分散情况。(2)利用分子动力学方法,对改性纳米二氧化硅/聚甲基丙烯酸甲酯薄膜体系进行了模拟,分析改性纳米二氧化硅粒子的含量和粒径大小对薄膜体系力学性能和界面结合情况的影响,其中考虑到可见光透过率因素,设置纳米粒子的含量在比较低范围内(2%-11%),由于分子模拟建模的局限性,纳米粒子的粒径大小,设置为1nm、2nm、3nm,结果表明,当改性纳米二氧化硅粒子在较低浓度水平变化时,薄膜的力学性能和界面结合效果的变化较小,当纳米粒子的粒径尺寸变化时,复合材料的力学性能和界面结合效果变化较大,相同浓度下,随着纳米粒子尺寸增大,薄膜的最大屈服强度减小,断裂伸长率和界面结合强度增加,且当纳米粒子尺寸是3nm时,界面结合情况得到很大增强。(3)制备改性纳米二氧化硅/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料,首先将利用偶联剂KH570改性好的物料,通过红外分析探究内部改性原理,可以发现偶联剂并没有和高聚物发生反应,只是在纳米粒子表面包裹羟基,然后与聚合物表面的羟基进行结合。通过测量复合材料的抗拉强度和断裂伸长率,探究纳米粒子含量对改性纳米二氧化硅/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料力学性能的影响,可以看出随着纳米粒子含量增加,复合材料沿着挤出方向和垂直于挤出方向抗拉强度先增加后减小,而断裂伸长率沿挤出方向和垂直于挤出方向有增大的趋势,而且沿挤出方向的断裂伸长率高于垂直于挤出方向的,这是因为沿挤出方向分子链的取向性更好。通过电子显微镜观察内部纳米粒子的分散性,可以看出,层叠作用可以使纳米粒子在高聚物基体中分散得更均匀,随着纳米粒子含量的增加,纳米粒子团聚现象越来越严重。通过双光束紫外分光光度计测试材料的近红外反射率和可见光透过率,可以看出,随着纳米粒子含量的增大,反射率和透过率呈现先增大后减小的趋势,纳米粒子含量为3.5%时,复合材料的光学性能最佳,同时实验结果也验证了上述两章分子动力学模拟的结论。(4)制备改性纳米二氧化钛/聚甲基丙烯酸甲酯的复合材料,其中改性纳米二氧化钛的含量设置为0.2%、0.5%、1%、2%,通过双光束紫外分光光度计,测试薄膜的紫外吸收率和可见光透过率,可以看出,纳米二氧化钛可以很大程度上提高复合材料的紫外吸收率,随着纳米二氧化钛含量的增加,紫外吸收率也在增大,但是可见光的透过率显著减小,当改性纳米二氧化钛的含量为0.5%时,复合材料的综合光学性能最好,同时随着纳米二氧化钛含量的增大,纳米粒子在聚合物中起到交联作用,复合材料的耐热性增强。
【图文】：
１．１．３．１高透明纳米树脂复合技术逡逑曾晓飞等［１（？将有机聚合物作为涂层，内部掺加无机纳米粒子，制备了一种用于贴逡逑在建筑表面起到节能作用的高透明纳米复合材料，如图１－２所示，该产品已经实现了逡逑大规模生产应用，实验数据显示将该产品用在建筑玻璃上，夏天可节约用电高达３２％，逡逑冬季可节约采暖耗能１０％以上，这种材料为我国节约建筑耗能方面提供了一种重要的逡逑新材料，，并做出了突出贡献。逡逑＿：董＇Ｉ．—■■逦Ｉ邋｜ —逡逑急逡逑图１－２高透明纳米复合膜逡逑Ｆｉｇ．１－２邋Ｈｉｇｈ邋ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ邋ｎａｎｏ－ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋ｆｉｌｍ逡逑３逡逑
北京化工大学硕士学位论文逦逡逑制备光学级纳米复合材料面临的最大问题是提高纳米粒子的分散均匀性，因为纳逡逑颗粒团聚会造成光散射，大大降低了材料的透明度。北京化工大学科研团队利用超逡逑力反应结晶结合表面改性萃取相转移技术在纳米粒子发生团聚之前，将其表面逡逑覆了一层改性剂，接下来将改性好的纳米粒子转移到与其相容性较好的溶剂中，成逡逑制备出透明纳米分散体，该分散体的特点是粒度分布集中、粒径小同时分散性较好，逡逑图１－３是分散体制备原理图，图１－４是基于此方法建立的年产１００ｔ的分散体示范逡逑。然后选取具有不同光学功能的纳米颗粒均匀分散在有机涂料混合体系中制备出纳逡逑复合涂料，再将一层或几层纳米复合涂料涂覆高分子基膜上，制备出建筑玻璃节能逡逑高透明纳米复合膜。缺点是该技术生产成本较高，同时生产过程会有少量污染物产逡逑，不利于大规模推广。逡逑Ｃｕ＞邋？d驶乖铃危擅罪砜帕ｅ义
本文编号：2617621
【图文】：
１．１．３．１高透明纳米树脂复合技术逡逑曾晓飞等［１（？将有机聚合物作为涂层，内部掺加无机纳米粒子，制备了一种用于贴逡逑在建筑表面起到节能作用的高透明纳米复合材料，如图１－２所示，该产品已经实现了逡逑大规模生产应用，实验数据显示将该产品用在建筑玻璃上，夏天可节约用电高达３２％，逡逑冬季可节约采暖耗能１０％以上，这种材料为我国节约建筑耗能方面提供了一种重要的逡逑新材料，，并做出了突出贡献。逡逑＿：董＇Ｉ．—■■逦Ｉ邋｜ —逡逑急逡逑图１－２高透明纳米复合膜逡逑Ｆｉｇ．１－２邋Ｈｉｇｈ邋ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ邋ｎａｎｏ－ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋ｆｉｌｍ逡逑３逡逑
北京化工大学硕士学位论文逦逡逑制备光学级纳米复合材料面临的最大问题是提高纳米粒子的分散均匀性，因为纳逡逑颗粒团聚会造成光散射，大大降低了材料的透明度。北京化工大学科研团队利用超逡逑力反应结晶结合表面改性萃取相转移技术在纳米粒子发生团聚之前，将其表面逡逑覆了一层改性剂，接下来将改性好的纳米粒子转移到与其相容性较好的溶剂中，成逡逑制备出透明纳米分散体，该分散体的特点是粒度分布集中、粒径小同时分散性较好，逡逑图１－３是分散体制备原理图，图１－４是基于此方法建立的年产１００ｔ的分散体示范逡逑。然后选取具有不同光学功能的纳米颗粒均匀分散在有机涂料混合体系中制备出纳逡逑复合涂料，再将一层或几层纳米复合涂料涂覆高分子基膜上，制备出建筑玻璃节能逡逑高透明纳米复合膜。缺点是该技术生产成本较高，同时生产过程会有少量污染物产逡逑，不利于大规模推广。逡逑Ｃｕ＞邋？d驶乖铃危擅罪砜帕ｅ义
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