[00132842]介孔材料环境原位乳液聚合稳定性及其聚合物复合材料热学和力学性能研究

研究目的和意义：无机介孔材料作为聚合物的增强剂是目前新的研究热点。介孔材料存在下进行单体原位乳液聚合反应的稳定性是制备聚合物介孔复合材料的关键。本项目基于介孔材料高比表面积、有序孔道、均匀孔径分布特征,探索在介孔材料存在下进行原位乳液聚合反应,重点解决聚合稳定性不佳的问题,通过设计和合成具有不同结构和颗粒尺寸的多种介孔材料,并对其进行有机化改性,系统研究介孔材料结构、表面特性和颗粒尺寸对乳液聚合单体转化率、聚合稳定性、乳液的粒径及其分布、复合乳液的流变性的影响,特别是对聚合稳定性的影响,进一步研究上述因素对所得聚合物复合材料力学性能、热学性能的影响,认识介孔材料特性在乳液聚合中的作用,探究介孔材料与聚合物复合材料的作用机制,在此基础上构筑介孔材料结构和组成——聚合物复合乳液性能——聚合物介孔复合材料结构和性能之间的关系,为新型聚合物介孔复合乳液和聚合物介孔复合材料的设计、制造提供理论依据。 主要论点和结果：通过介孔材料存在下的乳液聚合稳定性及其复合材料性能影响的研究,得到如下结论：（1）对于在介孔材料存在下的乳液聚合稳定性：MCM-41和MCM-48对SDS的CMC影响不大,球形SBA-15,特别是大孔的球形SBA-15对SDS的CMC影响大,改性介孔材料提高了SDS的CMC;加入介孔材料提高乳液聚合的凝聚率,降低聚合物的分子量;提高乳化剂用量,提高PMMA/介孔材料聚合体系的稳定性及聚合物分子量;以乳液聚合法制备的PS（PMMA）/SBA-15复合乳液均有较高的单体转化率和粘度、较低的凝聚率及均匀的粒径分布;随着SBA-15用量的增加,PS聚合过程中凝聚率增大、粘度减小,乳液具有较大的粒径及更宽的粒径分布;半连续乳液聚合方法聚合稳定性最好。（2）聚合物介孔复合材料的力学和热学性能：PS/SBA-15（5%）复合材料储能模量明显增大,热稳定性提高,玻璃化温度升高;PMMA/SBA-15复合材料储能模量和杨氏模量增大,且在SBA-15用量为2.5%时复合材料模量最高;随着SBA-15用量增加,复合材料玻璃化温度提高,但热稳定没有明显变化;采用物理混合方法得到的PMMA/SBA-15复合材料热稳定性没有明显得到提高,用间歇式原位乳液聚合法所制备的复合材料玻璃化温度提高8℃,储能模量增大较明显;利用半连续乳液聚合方法制备的PMMA/介孔复合材料,优于预先浸润法和间歇法,提高了PMMA的热学性能,棒状SBA-15的加入对PMMA的热力学性能提升最大,储能模量提高18%,玻璃化转变温度提高20℃,杨氏模量提高24%;中孔径的球形SBA-15对PMMA的热稳定性提高最多,孔径越大,复合材料力学性能越好;改性M-SBA-15/PS复合材料热稳定性没有明显提高,拉伸强度亦无明显增强,而储能模量降低较为明显。（3）通过原位溶液聚合法制备的PMMA/改性SBA-15纳米复合材料,其分子量、玻璃化转变温度和较高温度下的力学性能得到提高,其中使用含双键的偶联剂改性效果更好。介孔孔道内进行聚合反应后,孔道内部的PMMA的热学性能显著提高,通过调整引发剂的用量可以控制聚合物的分子量;其分子量约为传统溶液聚合的十多倍,初始热稳定性明显提高,玻璃化转变温度提高9℃以上。以上研究认识了介孔材料对乳液聚合以及复合材料性能的影响规律,对于制备新型的聚合物复合材料具有重要的理论意义和应用价值。