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本文针对PET结晶速度慢、加工热降解严重等问题,对此提出的一种研究技术是,将无机超微颗粒与高分子复合形成颗粒均匀分散的复合体系。这种无机颗粒的高分子包裹体是具有核-壳结构的前驱体,它与聚合物复合时可均匀分散得到纳米复合材料。将不同组分的纳米前驱物与PET复合,制备了PET/纳米SiO2和PET/纳米ZnO纳米复合材料,对其纳米颗粒分散行为及成核和透明性等功能性进行研究,取得主要结论与成果如下:
(1)对纳米结构前驱体进行了大量探索实验与制备研究a.制备了间苯二甲胺/己二酸处理的纳米SiO2前驱体,表征结果表明纳米分散颗粒具有核-壳结构且分散良好。
b.ZnO/SiO2核-壳颗粒制备分别以乙醇和乙二醇为介质,利用TEOS水解在纳米ZnO表面包覆SiO2,提高了ZnO分散性。透射电境结果表明,乙醇介质中的纳米ZnO表面包覆一层5~10nm的SiO2,制备出具有核-壳结构的纳米前驱体。
c.纳米SiO2表面进行接枝改性在SiO2表面接枝PMMA制备的纳米前驱体,透射电境和粒度分析仪分析表明核-壳结构分散也比较均匀,这种方法解决了前驱体颜色发黄问题。
(2)无机纳米前驱体在PET中的分散行为对上述几种纳米前驱体在PET分散行为比较表明,纯粹无机相ZnO/SiO2核-壳颗粒在PET中分散较好,只产生部分团聚体。但它比经酰胺基改性的纳米SiO2分散行为差,说明酰胺基-NH-和端-NH2基与SiO2表面-OH形成氢键有助于纳米SiO2在PET基体中的分散。
(3)成核作用研究对纳米SiO2和纳米ZnO进行成核作用研究表明,纯PET过冷度83.2℃,而PET/ZnO纳米复合材料的过冷度为66.1℃,PET/SiO2纳米复合材料过冷度为68.1℃,其过冷度分别显著降低17.1℃和15.1℃。纳米ZnO和纳米SiO2的成核作用提高了PET的结晶性能。
(4)透明性研究纳米复合材料的通常会因为结晶和填充无机粒子等原因失去高透光性,这是光线在非均匀相材料的相界面上发生反射和折射造成的。本文制得的PET/SiO2,PET/ZnO的纳米复合材料及其固相缩聚后的纳米复合材料的透光率都在82%左右,比PET/蒙脱土纳米复合材料的透光率有大幅度的提高。