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聚合物与层状纳米无机材料复合是提高材料耐热、阻隔和力学性能的有效途径。水滑石(LDH)是一种新型的层状纳米无机材料,与聚合物复合不仅能发挥类似蒙脱土的耐热、阻隔等改性作用,还可提高材料的热稳定性(尤其是含氯聚合物)、耐候性、抗菌性等,具有广泛的应用前景。针对水滑石层间静电作用大,纳米层板剥离难度较大的特点,本文以制备聚苯乙烯(PS)/LDH纳米复合材料为代表,探索了原位聚合制备聚合物/LDH纳米复合材料的新方法,并对不同方法制备的复合材料的结构和性能进行表征。 为了实现苯乙烯/水滑石(St/LDH)的原位插层聚合,论文采用单体型插层剂对苯乙烯磺酸(VBS)和引发剂型插层剂4,4’-偶氮-双(4-氰基戊酸)(ACP)单独或两者结合插层改性LDH。通过VBS和ACP与硝酸根型LDH的常温水相离子交换反应,实现VBS、ACP或VBS/ACP对LDH的插层。采用X-射线衍射(XRD)、红外、元素和差示扫描量分析了插层改性LDH的结构,发现VBS、ACP或VBS/ACP的插层效率高,插层后分别保持了VBS双键的可聚合特性和ACP的引发活性。 分别采用VBS、ACP和VBS/ACP插层LDH与St进行原位悬浮插层聚合,采用XRD、透射电镜等表征LDH被聚合物插层和剥离分散特性。发现,采用VBS插层LDH制备的复合材料中LDH部分剥离;采用单独ACP插层的LDH,聚合后LDH插层剥离效果差,分散尺寸大;采用VBS/ACP同时插层的LDH,聚合后LDH的剥离分散性最佳,复合树脂熔融加工后LDH片层厚度小,部分以单一片层存在。 论文还对晶化/原位悬浮聚合法合成PS/LDH纳米复合材料进行了研究,在该方法中LDH晶化和St聚合同时进行,简化了PS/LDH纳米复合树脂的制备过程,使制备时间缩短。发现采用该方法制备的复合材料中LDH以纳米尺度的短小片层较好分散在PS中。 论文对采用原位插层聚合和晶化/原位聚合得到的PS/LDH纳米复合材料的热稳定和流变性能进行了表征,发现纳米复合材料的热稳定性比纯PS有显著提高,相同失重下,热分解温度随着LDH含量和剥离分散程度的增加而提高;纳米复合材料的玻璃化温度稍高于纯PS,且随着LDH含量的增加而提高;