原位聚合制备pet基纳米复合材料及其性能研究

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1、上海瑟通大学博士学位论文摘要原位聚合制备PET基纳米复合材料及其性能研究摘要本论文瞄准当前材料科学研究热点之一的聚合物基纳米复合材料，分三个体系作了深入的研究工作。这三个体系是：1)PET／Si02纳米复合材料；2)PETrie,纳米复合材料；3)PET／CaC03纳米复合材料。针对目前纳米复合材料制备过程中的关键问题(纳米粒子的表面处理、纳米粒子在聚合物中的分散、纳米粒子对聚合物各项性能的影响)进行了详细的研究。在实验数据的指导下。开发了多个商业前景良好的聚合物基纳米复合材料。主要的研究结果有：1．PET／Si02纳米复合材料的制备及其

2、性能研究纳米si02在PET中的分散状况与其添加方式有着密切关系。经表面有机改性处理后的纳米Si02粒子在酯化反应前阶段与EG、PTA聚合单体混合，可实现小分子水平上的分散，经缩聚反应后Si02以真正的纳米级尺度均匀分散于PET基体中。研究了纳米Si02对PET合成过程中酯化及缩聚的影响。结果表明，纳米Si02的添加量对酯化时间没有明显的影响，但是对缩聚时间有较大的影响。随Si02添加量的增加，最终缩聚物的分子量不断下降，产物的流动性下降，而通过适当地延长缩聚反应时间可以获得特性粘度相同的PET／Si02纳米复合材料。研究了Si02含量对

3、PET纳米复合材料力学性能的影响。‘当受到拉伸应力作用时，纳米Si02起到了均匀分布应力的作用，有效地分配、传递应力，减少了整体破坏，在一定的Si02含量范围内(们．O％)，复合材料的拉伸强度显著提高。由于Si02对PET基体分子链的束缚作用，使其变形能力减弱，断裂伸长率不断降低。纳米siQ的添加，并不影响材料的流动曲线类型，与空白PET一样，表现为假塑性流体行为。在所研究的si02含量范围内，剪切频率对复数粘度的影响并非单调。当Si02含量低时，复合材料的复数粘度比空白PET显著提高，当进一步提高si02含量，复数粘度开始下降。上海交通

4、大学博士学位论文研究表明纳米Si02的添加明显地改善了PET的结晶性能。Si02粒子在PE奴基体中起到了异相成核的作用，熔融结晶峰温度、结晶度明显提高。纳米Si02．粒子的存在大大地降低了PET基体结晶成核界面自由能位垒，促进了PET的结晶成核。研究也发现，不同表面活性的纳米Si02对PET结晶性能的影响有着很大的差异。2．PET／Si02纳米复合纤维的制备及其性能研究纳米Si02对纤维拉伸强度、断裂伸长率、拉伸模量等参数的影响比较复杂。PET纤维的断裂伸长率随着Si02含量的增加而不断下降。PET纤维的拉伸模量并没有因为Si02而发生太

5、大的交化，在纳米si02加入后PET纤维模量仅仅在3．O％的范围内变化。而由于sioz与PET基体之闻的作用力存在多种因素的均衡，纤维的拉伸强度则随着Si02含量先增加后降低。当添加纳米si02后，纳米Si02粒子限制了PET分子链的运动，导致在更高的温度下PET基体才会松弛，a．转变温度也会随之升高。相应的E’和E”较空白PET纤维也有不同程度的提高。与空白PET纤维相比，PET／Si02纳米复合纤维的碱减量特性发生了较大改变，其对碱减量的工艺参考更为敏感。在相同条件下，其纤度减量率和拉伸强度降低都较空白PET纤维要高。纳米Si02改性

6、PET纤维经碱减量处理后，纤维表面形成了孔数更多，孔径尺寸分布更广、更复杂的超微细结构，明显不同于普通纤维碱减量时表面只出现大的而少的刻蚀凹痕。在常压分散染料染色条件下．随着Si02含量的增加。PET纤维的上染率明显提高。添加纳米Si02后可获得分子量较低、熔体粘度适合纺丝要求的熔体，解决了单纯靠降低PET分子量会导致熔体粘度降低而无法成纤问题。PET／Si02复合纤维表现出优异的抗起球性能。3．PET／T'102纳米复合材料的制各及其性能研究对纳米Ti02进行表面无机／有机修饰，实现了粒子Ti02在PET基体中的纳米级均匀分散，且纳米面

7、02对于PET的缩聚反应表现出明显的催化作用，对降解反应的催化活性基本被抑制。纳米Ti02明显改变了PET的结晶性能。与纯PET相比，PET／Ti02纳米复合IIl：海交通人学博I：学位论文摘要材料的结晶峰温向高温方向移动。而且随着纳米Ti02加入量的增加，结晶峰的峰温不断上升，过冷度变小，而结晶度却变化不大。PET／Ti02纳米复合材料薄膜具有优越的紫外吸收性能，在280--400nm波段紫外线屏蔽率大于99％，经紫外光长时间辐照后仍能保持很好的外观形态，而普通PET薄膜经紫外光长时间辐照后，．薄膜因老化而全部破损，薄膜表面出现排列规则

8、的较深孔洞。4．超薄电容器薄膜用PET／CaC03纳米复合材料的制备及其性能研究原位聚合制备的PET／CaC03纳米复合材料的理化指标完全符合要求，其中尤为重要的是关系到材料电性能的端羧基及二