聚甲基丙烯酸甲酯-磷、鈦酸鹽納米復(fù)合材料的制備及熱穩(wěn)定性研究.pdf

1、聚合物/無(wú)機(jī)物納米復(fù)合材料結(jié)合了無(wú)機(jī)化合物的剛性、尺寸形貌和熱穩(wěn)定性與聚合物的可加工性和韌性等優(yōu)點(diǎn)，有著優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、氣體阻隔性等，己成為材料科學(xué)研究的前沿。本論文以改善聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的熱穩(wěn)定性為目標(biāo)，制備了幾種含羥基的不同磷酸鹽和鈦酸鹽，并通過(guò)原位聚合法將其分別引入PMMA基體。研究其對(duì)PMMA熱性能的影響，并通過(guò)相關(guān)測(cè)試分析了影響復(fù)合材料熱性能的機(jī)理。為進(jìn)一步研究PMMA/無(wú)機(jī)物納米復(fù)合材料的制備和應(yīng)用提供了一定的理

2、論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　 第一，通過(guò)水熱合成法制備了結(jié)晶良好，形貌統(tǒng)一的羥基磷灰石納米棒(HANR)，并通過(guò)原位聚合法將其引入PMMA基體。通過(guò)分析復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)形貌、熱穩(wěn)定性和燃燒性能，發(fā)現(xiàn)納米棒在PMMA基體中分散均勻，且與基體間相容性良好，足量的HANR可以顯著地提高PMMA材料的熱穩(wěn)定性，且熱解后殘?zhí)苛棵黠@增加。燃燒性能變化趨勢(shì)與熱穩(wěn)定性相同。對(duì)PMMA以及PMMA基復(fù)合材料熱解后的殘?zhí)康姆治鼋Y(jié)果顯示，添加

3、納米棒后復(fù)合材料殘?zhí)恐杏惺?。因此，推測(cè)HANR改善PMMA復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和燃燒性能的原因可能是當(dāng)PMMA鏈?zhǔn)浇饩蹠r(shí)，HANR阻止了部分自由基的轉(zhuǎn)移，使得部分未完全解聚的PMMA形成石墨碳。由于石墨碳的產(chǎn)生和納米棒與基體間良好的相互作用有利于形成連續(xù)而致密的穩(wěn)定炭層。因此，熱解中熱量的傳播被抑制，并最終導(dǎo)致了材料熱穩(wěn)定性和燃燒性能的提高。
　　 第二，以銳鈦礦二氧化鈦為原料，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的反應(yīng)條件水熱合成了長(zhǎng)徑比較小的鈦酸鹽納

4、米管，對(duì)其結(jié)構(gòu)形貌表征證實(shí)納米管的形貌清晰、純度高、尺寸統(tǒng)一，且表面存在大量羥基。高溫下易脫水并轉(zhuǎn)化為銳鈦礦二氧化鈦納米管。通過(guò)原位聚合法將納米管與PMMA復(fù)合得到分散較好的納米復(fù)合材料。對(duì)復(fù)合材料的熱性能進(jìn)行測(cè)試，并分析了PMMA以及PMMA復(fù)合材料熱解過(guò)程中產(chǎn)生的可揮發(fā)性產(chǎn)物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明僅在添加適量的鈦酸鹽納米管時(shí)，復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性顯著地提高。復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg也有較大程度的提高，說(shuō)明聚合物鏈段的運(yùn)動(dòng)被限制，證明納米管

5、的存在導(dǎo)致了聚合物形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)且有利于熱性能的改善。此外與純PMMA不同，復(fù)合材料熱解后期產(chǎn)生了二氧化碳且氣態(tài)產(chǎn)物揮發(fā)量顯著減少，這可能是納米管對(duì)PMMA解離中產(chǎn)生的游離基的吸附作用導(dǎo)致，這種吸附作用阻礙了PMMA的鏈?zhǔn)浇饩蹚亩鴾p少了熱解中熱量的傳播。
　　 第三，通過(guò)水熱合成法制備了簇狀的磷酸鋅納米棒。并通過(guò)改變水熱反應(yīng)條件和添加聚乙烯吡咯烷酮控制晶體的形貌，得到了無(wú)定形磷酸鋅等幾種相關(guān)的過(guò)渡態(tài)磷酸鋅。通過(guò)對(duì)幾種產(chǎn)物結(jié)構(gòu)形貌的