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本文采用分子设计原理,利用乳液聚合法分别设计并合成了聚甲基丙烯酸甲酯接枝二氧化硅(PMMA-g-SiO2)以及聚苯乙烯-丙烯酸丁酯-丙烯酸接枝二氧化硅(PSBA-g-SiO2)核壳型杂化纳米粒子;利用溶胶-凝胶技术制备了γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷接枝二氧化硅(KH-560-g-SiO2)有机改性二氧化硅杂化纳米粒子。将这些杂化纳米粒子分别填充到聚合物基体中,制备得到PVC/PMMA-g-SiO2、PSBA/PSBA-g-SiO2、PMMA/SiO2以及EP/SiO2四种复合纳米材料。通过透射电子显微镜(TEM)、动态机械热分析仪(DMA)、热重分析仪(TGA)、差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、旋转流变仪等对复合纳米材料进行了表征。重点考察了二氧化硅纳米粒子表面的有机改性,二氧化硅纳米粒子的填充量对聚合物基体的力学性质、热力学性质、形貌、流变等方面的影响。(1)采用悬浮分散聚合法(SDP)制备了单分散的PMMA-g-SiO2杂化纳米粒子,该杂化粒子具有典型的核壳结构,平均粒径为85 nm。用PMMA-g-SiO2杂化纳米粒子填充PVC制备了PVC/PMMA-g-SiO2复合纳米材料。结果表明与纯PVC相比,该复合纳米材料具有更优异的力学性能,如当PMMA-g-SiO2纳米杂化粒子的填充量在3wt%时,拉伸强度可达54.5 MPa提高了12 MPa、断裂伸长率可达48.5%提高了27.8%,冲击强度可达8 kJ/m2提高了3.5 kJ/m2,洛氏硬度可达97 HRB提高了17 HRB。PVC/PMMA-g-SiO2复合纳米材料界面粘结力得到明显的改善,复合材料的韧性和强度得到明显改善,材料的动态储能模量(E’)和玻璃化转变温度(tanδ)提高。PVC/PMMA-g-SiO2复合纳米材料的阻隔性能得到明显的改善,有利于包装行业的更高的要求,具有一定的使用前景。(2)采用悬浮分散共聚的方法在水相中成功合成了PSBA-g-SiO2杂化纳米粒子,粒子呈规整的球形结构,平均直径约为80 nm。将PSBA-g-SiO2杂化纳米粒子填充PSBA胶乳,制备其复合纳米胶乳。杂化纳米粒子PSBA壳层可以提高纳米二氧化硅与聚合物基体的界面粘附力以及纳米二氧化硅在聚合物胶乳中的分散程度。结果表明杂化纳米粒子填充量在2.5wt%以下可以提高复合纳米胶膜的力学强度、表面粗糙度、耐水性以及耐候性等物理化学性能,尤其是在含量为1.5wt%时,效果更明显。而且,杂化PSBA-g-SiO2粒子的填充可以改善乳液的流变性及其储藏稳定性。(3)采用溶胶凝胶法制备了KH-560有机改性纳米二氧化硅溶胶,通过溶液共混法制备了PMMA/SiO2复合纳米材料。TGA表明纳米二氧化硅能够提高复合材料的耐热性;DMA表明当纳米二氧化硅含量在5wt%时,复合材料的玻璃化转变温度降低;SEM表明纳米二氧化硅在PMMA基体中具有很好的分散性;光学和紫外分析表明PMMA/SiO2复合纳米材料在SiO2填充量为33.3%仍然具有优异的光学透明性和紫外屏蔽能力。同时,将该PMMA/SiO2复合纳米溶胶涂覆于PVC片材表面,可以使PVC表面电阻下降5-6个数量级,涂层剥离强度高达435 gf/15mm,说明该抗静电涂层具有优异的持久性。(4)合成了微米和纳米两种粒径的KH-560改性的二氧化硅粒子,通过溶液共混的方法填于环氧树脂(EP)基体,制得EP/SiO2复合材料。重点研究了填充SiO2的尺寸对复合材料的流变性能、界面粘接性能、固化工艺、热稳定性、热机械力学性能的影响。流变分析和表面形貌分析表明EP/SiO2复合材料的初始稳态粘度较纯EP有较大的提高,纳米SiO2填充EP的流变逾渗阈值大于微米SiO2填充EP的流变逾渗阈值。微米SiO2在EP基体中具有较好的分散性,纳米的SiO2在EP基体中较易形成团聚。DSC表明,纳米SiO2能够降低EP的前期固化温度、固化温度和反应活化能,而微米SiO2对固化工艺影响不大。TGA表明EP/SiO2复合材料的耐热性能有所提高,并且纳米SiO2比微米的SiO2更能够提高复合材料热稳定性。DMA表明EP/SiO2复合材料的储能模量都有较大程度的提高,纳米SiO2填充的EP/SiO2复合材料的玻璃化温度下降,能够起到增韧增强的作用,而微米的SiO2仅仅起到增强作用。此外纳米SiO2含量在1-3wt%范围内能够有效的提高复合材料的粘结强度。