PET-Silica復(fù)合材料纖維的熱收縮性能研究

1、有機納米復(fù)合材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)及流變性能研究朱俊峰,陳文萍,朱美芳,陳彥模纖維改性國家重點實驗室,東華大學材料學院,上海延安西路1882號,200051關(guān)鍵詞:核殼結(jié)構(gòu)有機納米粒子分散性形態(tài)結(jié)構(gòu)流變性能由于納米粒子的加入可賦予聚合物許多特殊的功能,或使其性能更加優(yōu)異,近年來,納米復(fù)合材料已成為一個研究熱點。但納米粒子常常難以均勻穩(wěn)定地分散在聚合物基體中,這又在一定程度上制約了納米復(fù)合材料發(fā)展速度。研究人員已通過溶膠-凝膠法1、插層法2-3(包括原位插層聚合、溶液插層和熔融插層、或?qū)⒓{米粒子表面改性后與聚合物直接混合等方法,實現(xiàn)了無機納米粒子在聚合物中的均勻穩(wěn)定分散。但是,目前對于有機納米復(fù)合材料的

2、研究還比較少。有機納米高分子材料具有分子可設(shè)計性和結(jié)構(gòu)可控性,可以根據(jù)需要,通過控制一定的工藝路線,設(shè)計出不同種類的具有特殊功能的有機納米高分子材料。因此,聚合物基有機納米復(fù)合材料的研究應(yīng)是一個更具潛力的領(lǐng)域。1999年,Kalinina4-6等采用核殼復(fù)合粒子模壓制備出具有光學記憶存儲功能的三維有序的有機納米復(fù)合材料。但他們只是在殼聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度之上通過簡單模壓制備納米復(fù)合材料。而實際上,無論是在復(fù)合材料的制備還是后加工過程中,材料都要經(jīng)受更為復(fù)雜的外場作用(不同的溫度、壓力、剪切應(yīng)力和時間等,在這種情況下,納米相還能否均勻穩(wěn)定地分散在聚合物基體中,是制備更具實用性的納米復(fù)合材料的關(guān)鍵

3、。本課題首先通過種子乳液聚合制備了PMMA(HC/PBA(LC/PS核殼納米復(fù)合粒子,進而通過熔融加工制備納米復(fù)合材料。并通過透射電鏡和動態(tài)流變實驗,研究了剪切應(yīng)力和納米粒子含量對納米復(fù)合材料形態(tài)結(jié)構(gòu)和流變性能的影響。實驗部分本研究中所使用的納米復(fù)合粒子采用三階種子乳液聚合制備。首先制備高交聯(lián)的PMMA納米種子粒子(EGDMA為交聯(lián)劑,加入量為單體重量的23%。聚合溫度80,攪拌速度250rpm, 反應(yīng)2小時, 轉(zhuǎn)化率達98%。配方見表1。然后取一定量種子乳液,加入去離子水稀釋,并補加引發(fā)劑,進行第二階和第三階聚合制備復(fù)合粒子,聚合溫度70,攪拌速度250rpm。配方見表2。 during t

4、heir synthesis process.Table 1. Recipe and conditions for the first stage synthesis of the composite particlesIngredients Weight (g MMA 4.6EGDMA 1.4 Table 2. Recipe of the second and third stage synthesis of the composite particlescode Ingredients PMMA(HC/PBA(LC/PSStage 2Seed latex from stage 1, g 7

5、8H 2O, g242TEM 照片顯示,隨著反應(yīng)進行PMMA(HC納米核粒子完全被PS 包覆形成了PMMA(HC/PBA(LC/PS 復(fù)合粒子為完整的核殼結(jié)構(gòu)。 (a(b (c (aFig.2 TEM photographs of particles. (a seed particles, (b and (c are respectively the Fig4. Dynamic rheology at 180 of nanocomposites with 5%, 10%, 20%, 30% PMMA(HC nano particles從圖4(a可以看出,有機納米復(fù)合材料要在納米粒子含量達到30

6、%時,即達到理論逾滲值時,才會在低頻區(qū)出現(xiàn)類固體行為,即彈性模量不隨剪切應(yīng)力變化。這與無機納米復(fù)合材料在非常低的納米粒子含量(2%下,就出現(xiàn)類固體行為明顯不同7。圖4(b表明具有不同含量有機納米粒子的納米復(fù)合材料熔體仍為切力變稀流體,其零切粘度隨納米粒子含量增多而增大。結(jié)論通過適當結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合粒子,可以制得具有均勻穩(wěn)定納米分散相的有機納米復(fù)合材料。且有機納米粒子對納米復(fù)合材料的流變性能的影響遠遠小于無機納米粒子,其逾滲值與理論值基本一致,為30%。特別感謝本課題受到國家自然科學基金資助,項目編號:20174003參考文獻1. Darid Levy, Adv. Mater, 1995, 7,

7、1202. Usuki A, et al, J Mater res, 1993, 8, 11793. 漆宗能,等,高分子學報,1998,2, 1494. Olga Kalinina, Eugenia Kumacheva, Macromolecules 1999, 32, 41225. Eugenia Kumacheva, Olga Kalinina, Lothar Lilge, Adv. Mater. 1999, 11(3, 2316. Olga Kalinina, Eugenia Kumacheva,Chem. Mater., 2001, 13(1, 357. Qiang Zhang, Ly

8、dden A. Archer, Langmuir, 2002,18, 10435The study on morphology and rheology of organic nanocomposite Zhu Junfeng, Chen Wenping, Zhu Meifang, Chen YanmoState Key Lab for Modification of Chemical Fibers and Polymer Materials College of Material Science and Engineering, Donghua University, Shanghai, 2

9、00051 Aastract Polymer nanocomposite was prepared by high crosslinking poly(methyl methacrylate/low crosslinking poly(butyl acrylate /polystyrene (PMMA(HC/ PBA (LC/PS core-shell nano composite particles, which has nano sized PMMA(HC core particle, a very thin PBA(LC interfacial layer and thick enough PS shell to form matrix. The effects of shear on the morphology and rheology of nanocomposite were investigated. The results show that PMMA(HC nano particles can keep stable dispersion in PS matrix, and the rheology