二氧化硅和炭黑离子纳米粒子的合成及在聚合物中的应用

针对无机纳米粒子在聚合物中分散性差这一难题，本课题以聚合物复合材料中常用的二氧化硅和碳黑纳米粒子为研究对象，采用一种简单易行的方法，合成出一种新型的具有离子键和无机-有机核壳结构的纳米粒子NIMs（Nanoscale ionic materials），并探讨NIMs在聚合物中的作用机理。首先采用溶胶凝胶法合成单分布二氧化硅纳米粒子，在二氧化硅和碳黑纳米粒子表面接枝上磺酸基团，得到初步改性的纳米粒子；进一步与聚醚胺发生中和反应，通过PH值确定反应终点，合成出特定表面结构特征的二氧化硅与碳黑NIMs；将NIMs与聚合物复合得到聚合物NIMs复合材料。考察复合材料的结构、力学、热性质等的变化，揭示NIMs与不同聚合物之间作用机理，为NIMs在聚合物中的实际应用提供理论依据,也为新型聚合物纳米复合材料的制备、结构与性能的研究提供了一种新思路。

针对无机纳米粒子在聚合物中分散性差这一难题，我们以聚合物复合材料中常用的二氧化硅和碳黑纳米粒子为研究对象，采用简单易行的酸碱中和的方法，合成出新型的具有离子键和无机-有机核壳结构的二氧化硅和炭黑纳米粒子NIMs（Nanoscale ionic materials），并对这两种NIMs在聚合物中的的应用进行了研究。.二氧化硅NIMs制备过程为：首先将二氧化硅纳米粒子与SIT（3-（三羟基甲硅烷基）丙烷-1-磺酸）反应，在二氧化硅粒子表面接枝上磺酸基团，进一步与三种十八烷基聚氧乙烯醚胺- AC1810、AC1830、AC1860发生中和反应，通过PH值确定反应终点，真空干燥得到室温下从固体到流体状态的二氧化硅NIMs，研究了二氧化硅粒子NIMs的结构与热性能。DSC结果表明，聚醚胺结晶温度降低了约7℃，熔点降低了约4℃，我们分析是纳米SiO2粒子的嵌入可能提高了聚合物的自由体积引起。.聚醚胺改性炭黑NIMs的制备过程如下：炭黑先用硫酸/硝酸预处理，在炭黑表面生成-COOH，再将聚醚胺与氧化炭黑粒子分散液反应，烘干后得到常温下从固体到流体等不同状态的炭黑NIMs。FTIR结果证实了CBNIMs中引入了聚醚胺基团。TG表明，CB NIMs的接枝率约90%。DSC分析表明，聚醚胺接枝后，Tg稍微提高，结晶温度和熔融温度分别降低了约7℃和1℃，而Tg上升较明显，我们认为这是由于将炭黑引入聚醚胺后，聚醚胺的结构规整性降低及界面结合较强引起。.同时我们还对二氧化硅NIMs在聚合物中的应用进行了研究。制得二氧化硅NIMs、炭黑NIMs与环氧树脂及聚乙烯醇复合材料，研究了复合材料的力学性能、热性能及微观形貌，结果表明，这两种NIMs的引入可以大幅提高聚合物的力学性能，并影响聚合物的热性能。