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

1、聚合物/無機物納米復合材料結合了無機化合物的剛性、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，有著優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、氣體阻隔性等，己成為材料科學研究的前沿。本論文以改善聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的熱穩(wěn)定性為目標，制備了幾種含羥基的不同磷酸鹽和鈦酸鹽，并通過原位聚合法將其分別引入PMMA基體。研究其對PMMA熱性能的影響，并通過相關測試分析了影響復合材料熱性能的機理。為進一步研究PMMA/無機物納米復合材料的制備和應用提供了一定的理

2、論和實驗依據(jù)。具體研究內容如下：
　　 第一，通過水熱合成法制備了結晶良好，形貌統(tǒng)一的羥基磷灰石納米棒(HANR)，并通過原位聚合法將其引入PMMA基體。通過分析復合材料的結構形貌、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。燃燒性能變化趨勢與熱穩(wěn)定性相同。對PMMA以及PMMA基復合材料熱解后的殘?zhí)康姆治鼋Y果顯示，添加

3、納米棒后復合材料殘?zhí)恐杏惺?。因此，推測HANR改善PMMA復合材料的熱穩(wěn)定性和燃燒性能的原因可能是當PMMA鏈式解聚時，HANR阻止了部分自由基的轉移，使得部分未完全解聚的PMMA形成石墨碳。由于石墨碳的產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，經過優(yōu)化的反應條件水熱合成了長徑比較小的鈦酸鹽納

4、米管，對其結構形貌表征證實納米管的形貌清晰、純度高、尺寸統(tǒng)一，且表面存在大量羥基。高溫下易脫水并轉化為銳鈦礦二氧化鈦納米管。通過原位聚合法將納米管與PMMA復合得到分散較好的納米復合材料。對復合材料的熱性能進行測試，并分析了PMMA以及PMMA復合材料熱解過程中產生的可揮發(fā)性產物。實驗結果表明僅在添加適量的鈦酸鹽納米管時，復合材料的熱穩(wěn)定性顯著地提高。復合材料的玻璃化轉變溫度Tg也有較大程度的提高，說明聚合物鏈段的運動被限制，證明納米管

5、的存在導致了聚合物形成網絡結構且有利于熱性能的改善。此外與純PMMA不同，復合材料熱解后期產生了二氧化碳且氣態(tài)產物揮發(fā)量顯著減少，這可能是納米管對PMMA解離中產生的游離基的吸附作用導致，這種吸附作用阻礙了PMMA的鏈式解聚從而減少了熱解中熱量的傳播。
　　 第三，通過水熱合成法制備了簇狀的磷酸鋅納米棒。并通過改變水熱反應條件和添加聚乙烯吡咯烷酮控制晶體的形貌，得到了無定形磷酸鋅等幾種相關的過渡態(tài)磷酸鋅。通過對幾種產物結構形貌的