超分散剂的合成及其改性无机纳米粉体的研究

无机纳米粉体填充聚合物共混物能在共混的基础上进一步提高材料的力学性能。在制备聚合物共混物／纳米复合材料时,由于纳米粉体极易团聚,难以得到真正意义上的纳米复合材料。故必须对纳米粉体进行表面改性,改善其分散性,使其在聚合物基体中能达到纳米级分散。超分散剂改性由于分散剂结构的可设计性,可以针对特定体系设计最适合于该体系的超分散剂分子结构,从而体现出其他改性方法无可比拟的优势,其在纳米粉体表面改性方面己表现出很好的发展前景。本研究通过结构设计的方法设计合成一种超分散剂,应用于改性纳米Ti02粉体,研究合成以及改性工艺对纳米Ti02改性效果的影响,得出较佳的工艺参数,再将改性后的纳米粉体通过熔融共混的方法应用于填充改性PP/PA6聚合物共混物,制备PP/PA6/TiO2纳米复合材料,并研究其结构和性能。研究结果表明：(1)通过超分散剂的结构设计,选择马来酸酐及其酯化物为锚固基团、甲基丙烯酸丁酯(BMA)和苯乙烯(St)为溶剂化链、偶氮二异丁氰(AIBN)为引发剂,以自由基溶液聚合的方法合成超分散剂SMB,红外分析以及核磁共振检测验证了其结构的合理性。超分散剂SMB应用于改性纳米TiO2粉体的效果得到适宜的合成工艺为：单体配比St:MAH:BMA为6:1:4、AIBN用量为1%、合成温度为80℃、合成时间为5h。(2)通过研究表面改性工艺对纳米粉体改性效果的影响,得出较佳的改性工艺为：以马来酸酐酯化物为锚固基团的超分散剂SMB-2、超分散剂用量为8%、超声分散时间为1h、机械搅拌时间为4h。(3)纳米WiO2粉体经超分散剂SMB改性后,通过沉降分析、SEM及TEM等分析检测手段发现,纳米粉体表明由亲水性转变为亲油性,纳米TiO2的团聚大大减少,分散稳定状态良好,说明超分散剂改性已可达到理想效果。(4)通过与传统改性剂如TDI、钛酸酯、硅烷偶联剂等改性纳米粉体的效果进行比较,得出超分散剂的改性效果较佳。(5)经表面改性后的纳米Ti02添加到PP/PA6基体中时,随着纳米TiO2用量的增加其力学性能出现先增加后减小的趋势,且纳米TiO2用量为3%时,复合材料的综合性能最佳,且经超分散剂改性的纳米TiO2比钛酸酯改性的纳米TiO2对复合材料的性能提升程度更大,而未经改性的纳米TiO2添加到PP/PA6基体中时,其力学性能反而下降。(6)通过SEM、TEM研究PP/PA6/TiO2纳米复合材料的微观结构可知,PP-g-MAH对PP/PA6基体有明显的增容作用,经超分散剂改性后的纳米TiO2与PA6的反应以及纳米颗粒表面溶剂化链与PP的相容,使得纳米TiO2主要分布在PP/PA6的两相界面处,起到增容的作用。纳米TiO2的加入能起到增强增韧PP/PA6基体的作用。以上研究对于无机纳米粉体的表面改性以及聚合物共混物的高性能化都具有指导意义。