功能性纳米二氧化硅的制备及其对不饱和聚酯的改性研究

发布时间：2018-03-31 14:38

  本文选题：原位表面修饰　切入点：纳米SiO2　出处：《河南大学》2015年硕士论文

【摘要】：纳米SiO2作为聚合物的增强材料被广泛应用于橡胶、塑料、粘合剂、涂料等领域,但其表面能高,易于团聚,难以在聚合物中很好的分散,致使其在应用中无法发挥纳米粒子的优异特性。而常用的纳米SiO2改性方法是对纳米团聚体的改性,改性效果有限,难以从根本上解决SiO2的团聚问题,如果能通过控制纳米SiO2的制备条件,在合成的过程中对其进行修饰,制得高分散性的纳米SiO2,将为SiO2在聚合物中的应用开辟一条新的途径。本文以泡花碱作为硅源,采用液相原位表面修饰技术,通过控制反应过程中的各项参数,制备出在不饱和聚酯中具有较好分散性的纳米SiO2以及可反应型纳米SiO2,并选用可反应型纳米SiO2滤饼作为单体,参与不饱和聚酯树脂的合成反应,制备出不饱和聚酯/纳米SiO2杂化材料,考察了可反应性纳米SiO2对不饱和聚酯的改性效果,阐述了其改性机理。本文的主要研究内容和研究结果如下:1、高分散性纳米SiO2的制备采用液相原位表面修饰技术,制得表面功能化的高分散性纳米SiO2。其最佳合成条件为:泡花碱模数为1,改性剂HMDS用量与SiO2物质的量比为1:5,分散剂乙醇用量为溶液质量4%、采用pH调节剂3作为酸化剂、溶液中泡花碱浓度为12%、阴离子型表面活性剂A为SiO2质量的1%。2、可反应性纳米SiO2的制备采用硅烷偶联剂KH560为改性剂,合成了表面含有环氧基团的可反应性纳米二氧化硅Si-E,并以此为基础,在Si-E表面分别接枝二乙醇胺和氨基乙酸,制备出表面含活性羟基链的二氧化硅Si-H和表面含活性羧基链的纳米二氧化硅Si-C。3、纳米SiO2的结构性能表征采用TEM、IR、XRD、TG、BET等表征手段及物性分析方法对制备的纳米SiO2进行结构和性质分析,结果显示:制得的高分散性纳米SiO2和可反应性纳米SiO2在不饱和聚酯中均有很好的分散性,表观密度较小,透光率高、吸油值和比表面积较大,平均粒径在100nm,呈球形链状结构。4、可反应性纳米SiO2/不饱和聚酯杂化材料的制备及表征以可反应性纳米SiO2为单体,并直接以滤饼的形式参与不饱和聚酯聚合反应,制备出了一系列不饱和聚酯/纳米SiO2杂化材料。对杂化材料的结构分析表明可反应性纳米SiO2参与了不饱和聚酯的缩聚反应。性能分析结果表明,杂化材料的粘度、耐碱性、力学性能与纯不饱和聚酯相比得到明显提高,其中Si-H型纳米SiO2对杂化材料力学性能提高最显著,当表面改性剂与SiO2用量为1:5时,Si-H在质量分数为1%时拉伸强度和冲击强度达到最大,分别比纯树脂提高41.2%和112%;Si-E型纳米SiO2的加入,对不饱和聚酯粘度和耐碱性提高最显著。5、对比了同等条件下可反应性纳米SiO2粉体和滤饼以及气相法未改性的纳米SiO2对不饱和聚酯的改性效果,分析表明使用可反应性纳米SiO2滤饼制备的杂化材料性能较好。
[Abstract]:Nanocrystalline SiO2 is widely used in rubber, plastics, adhesives, coatings and other fields as polymer reinforcements, but its surface energy is high, easy to agglomerate, so it is difficult to disperse in polymer. It is difficult to solve the problem of SiO2 agglomeration fundamentally because of the limited effect of the modification of nano-aggregate, which is the most common modification method of nano-aggregate, which can not be used to play the excellent properties of nano-particles in application. If we can control the preparation conditions of nanometer SiO2 and modify it in the process of synthesis, the highly dispersible nano-SiO _ 2 will open up a new way for the application of SiO2 in polymer. Nano-sized SiO2 and reactive nano-SiO _ 2 with good dispersion in unsaturated polyester were prepared by liquid-phase in-situ surface modification technique, and the reactive nano-SiO _ 2 filter cake was selected as monomer by controlling the parameters in the reaction process. The unsaturated polyester / nano SiO2 hybrid material was prepared by taking part in the synthesis of unsaturated polyester resin. The modification effect of reactive nano SiO2 on unsaturated polyester was investigated. The main research contents and results of this paper are as follows: 1. The preparation of high dispersible nanometer SiO2 is prepared by liquid phase in situ surface modification. The highly dispersible nano-SiO2 with surface functionalization was prepared. The optimum synthetic conditions were as follows: the modulus of flowered alkaloid was 1, the ratio of HMDS to SiO2 was 1: 5, the amount of dispersant ethanol was 4wt% of solution, and pH modifier 3 was used as acidifier. The concentration of vesicular base in the solution is 12, the anion surfactant A is 1 / 2 of the mass of SiO2, and the reactivity nanometer SiO2 is prepared with KH560 as the modifier. The reactive nano-silica Si-E with epoxy group on the surface was synthesized and grafted with diethanolamine and aminoacetic acid on the surface of Si-E, respectively. Silica Si-H with active hydroxyl chain and nano-silica Si-C.3with active carboxyl chain on the surface were prepared. The structure and properties of nanometer SiO2 were characterized by means of characterization and physical property analysis. The results show that both the highly dispersible nanometer SiO2 and the reactive nano SiO2 have good dispersibility, low apparent density, high transmittance, high oil absorption value and specific surface area in unsaturated polyester. The average particle size was 100 nm, with a spherical chain structure of .4.The reactive nano SiO2/ unsaturated polyester hybrid material was prepared and characterized by reactive nano SiO2 as monomer, and directly participated in unsaturated polyester polymerization in the form of filter cake. A series of unsaturated polyester / nano SiO2 hybrid materials were prepared. The structure analysis of the hybrid materials showed that the reactive nano SiO2 participated in the Polycondensation reaction of unsaturated polyester. Compared with the pure unsaturated polyester, the mechanical properties of the hybrid materials were obviously improved by Si-H nano-sized SiO2, and the mechanical properties of the hybrid materials were improved most significantly. When the amount of surface modifier and SiO2 was 1:5, the tensile strength and impact strength of Si-H reached the maximum when the mass fraction was 1, which was 41.2% higher than that of pure resin and 112Si-E type nano-sized SiO2, respectively. The viscosity and alkalinity resistance of unsaturated polyester were improved significantly. The effects of reactivity nanometer SiO2 powder, filter cake and gas phase unmodified nano SiO2 on unsaturated polyester were compared under the same conditions. The results showed that the hybrid material prepared by reactive nano SiO2 filter cake had good properties.
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;TQ127.2

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