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有机聚合物/二氧化硅杂化材料的制备与研究

作　者: 宋东坡
导　师: 高延敏
学　校: 江苏科技大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 杂化材料 原位聚合 位置选择 分子设计 二氧化硅
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文的工作是分别利用原位聚合技术制备PVA/SiO2杂化材料和位置选择分子混合技术制备PS/SiO2杂化材料,探讨有机–无机杂化材料中无机粒子的分散性及其与有机基体之间界面相互作用这两个限制性因素,以杂化材料的分子设计为基础,从分子水平上来设计与控制杂化材料的结构与性能,研究所得杂化材料的微观结构与宏观性能之间的相互关系。所取得的主要研究成果如下:1、首先由St?br法以TEOS为前驱体制备纳米SiO2原液,再与VAc经原位聚合技术制备一系列不同配比的PVA/SiO2杂化材料。对所得杂化材料进行物性分析,TEOS和VAc水解和聚合所得产物的FT–IR结果表明所得材料即为SiO2和PVAc,同时PVAc的醇解产物经FT–IR测试为PVA;PVA/SiO2杂化材料的TG–DTA结果表明,材料的热稳定性有一定程度的增加,但是其热降解的机理并没法发生变化。另外,杂化材料中SiO2的含量也由热重法给出。对材料的非等温扫描DSC分析表明,随着SiO2的加入拓宽了PVA的玻璃化转变温度范围,PVA/SiO2杂化材料相比PVA具有更宽的Tg范围。PVA与PVA/SiO2纳米复合物的熔融吸热峰曲线表明,纳米SiO2含量较低时对PVA的结晶尺寸影响较小,而在其含量较高时对PVA的结晶尺寸起到了阻碍作用。同时,少量的纳米SiO2只降低结晶度,当纳米SiO2含量较高时阻碍了聚合物基体的结晶化,从而不仅降低了结晶度,也降低了结晶尺寸。从XRD、FT–IR及DSC的数据所得结晶性都表现为同一趋势,表明非晶界面层的形成可能就是复合物结晶度随着SiO2含量的上升而逐步下降的原因。杂化材料的SEM结果可以看到SiO2颗粒可以较为均匀的分布与PVA基体中。杂化材料的力学性能,如拉伸强度,拉伸模量随SiO2的加入会得到增强,可理解为SiO2的加入改变了材料的玻璃化温度与结晶特性,同时断裂伸长率随SiO2的加入呈现下降的趋势。2、以St和MSPMA为共聚合单体,以位置选择分子混合技术制备了一系列有机–无机杂化材料。所得杂化材料具有极好的光学透明性。共聚物前驱体组成及杂化材料SiO2含量分别由FT–IR法和重量分析法测定,共聚物前驱体自由基聚合竞聚率由Kelen–Tüd?s法进行了计算。FT–IR光谱和TG–DTA分析表明前驱体与杂化材料的热性能与烷氧基硅烷的存在状态有直接关系。化学结构对形貌与热性能的影响由SEM分析给出:SiO2均匀的分布在有机基体中,并且以共价键形式的结合使得材料具有更加稳定的热性能。此外,MSPMA在热处理过程中,可发生水解和酯交换反应而得到甲基丙烯酸和甲硅烷基甲基丙烯酸,这也增强了SiO2与有机体的兼容性。杂化材料的热性能随SiO2含量的上升而改善。但是,在热处理过程中出现的甲硅烷酯基将会降低杂化材料的热稳定性。3、分别以PVA/SiO2杂化材料和PS/SiO2杂化材料的实验设计与结果,构建了PVA/SiO2杂化材料和PS/SiO2杂化材料的界面相互作用模型,为杂化材料的设计与制备提供了实验与理论的支持。

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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