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聚合物基无机纳米复合材料是高分子材料领域研究的热点之一，引起了学术界和工业界的广泛关注。本课题组在前期的工作中已经制备了性能优异的PET/二氧化硅纳米复合材料。然而，PET/二氧化硅纳米复合材料的微观结构、界面结构形成机理及材料的结构与性能的关系等基础问题并未得到很好地解决。开展这方面工作对设计、制备出性能优异的新型纳米复合材料有着重要的指导作用。
基于上述问题，本文研究了PET/二氧化硅纳米复合材料的界面结构及其形成机制，进而探讨其在高性能材料设计中的应用研究。具体包括以下几个部分：
采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、固体核磁共振(NMR)、差示扫描量热仪(DSC)以及热重分析(TGA)等方法对PET/二氧化硅纳米复合材料的界面结构进行表征，发现PET分子链与二氧化硅之间以化学键相连。其中在固体核磁共振测试中，PET-grafted-SiO2的谱图中Q3峰消失，直接证实了PET分子链与二氧化硅间存在共价键结合，表明部分PET分子链成功地接枝到二氧化硅表面。进一步研究表明PET分子链不仅在二氧化硅表面发生了接枝反应，而且与纳米二氧化硅粒子间形成了微交联结构。基于对PET/二氧化硅纳米复合材料的界面结构的研究，提出了PET-grafted-SiO2的结构示意图。
利用GPC对材料的分子量及分子量分布进行测试，发现在纯PET、未接枝PET和接枝PET中接枝PET分子量最小、分子量分布最宽，且在其GPC曲线中出现了双峰，分析PET/二氧化硅纳米复合材料原位聚合中的四种反应类型发现此双峰对应于两种反应类型。此外，建立了PET分子链与纳米二氧化硅粒子间相互作用模型，可以定性地解释在动态流变测试中储能模量、损耗模量和复数粘度的变化趋势。
对PET/二氧化硅纳米复合材料的缩聚过程进行研究，提出了PET/二氧化硅纳米复合材料界面结构形成的机制，即PET的单体先在二氧化硅表面接枝，且随着反应的进行，接枝PET与纳米二氧化硅粒子形成微交联结构。正是由于这种微交联结构使得接枝PET的缩聚过程偏离了线性关系。采用固相缩聚方法使PET/二氧化硅纳米复合材料的分子量进一步提高，对其结构研究表明PET分子链与二氧化硅表面的交联结构进一步形成。
基于PET/二氧化硅纳米复合材料的界面结构研究的基础上，设计并合成了两种纳米复合材料，即聚对苯二甲酸乙二醇酯/凹凸棒纳米复合材料、聚对苯二甲酸丁二醇酯/二氧化硅纳米复合材料，研究发现纳米粒子的添加可以提高聚合物基体的热力学性能，对其微结构研究表明PET/二氧化硅纳米复合材料的界面键合在聚酯基无机纳米复合材料中具有一定的普适性。