1、PDF外文：http:/ 1 中文 7290 字 出处： Macromolecular Research, 2013, 21(5): 474-483 纳米碳酸钙（ CaCO3） /聚甲基丙烯酸甲酯（ PMMA）纳米核壳粒子增强聚丙烯（ PP）复合材料的流变性、热性能和机械性能 姓 名： 学 号：
2、 学 院 ： 材料学院 班 级 ： 指导教师：
3、 2 纳米碳酸钙（ CaCO3） /聚甲基丙烯酸甲酯（ PMMA）纳米核壳粒子增强聚丙烯（ PP）复合材料的流变性、热性能和机械性能 Aniruddha Chatterjee , Satyendra Mishra* 化学 技术部，北马哈拉施特邦大学，加尔冈 -425001， 北马哈拉斯特拉邦 ，印度 接受日期： 2011， 11， 29；修改日期： 2012， 06， 12； 录搞 日期： 2012， 06， 12 （ 高分子研究 . 2013, 21 (5): 474-483.） 摘要： 采用雾化微乳液
4、法成功制备 10100nm 范围的 纳米碳酸钙 （ 纳米 -CaCO3）/聚甲基丙烯酸甲酯（ PMMA）纳米核壳粒子 。聚合物以乙烯基三乙氧基硅烷作为偶联剂接枝到 纳米 -CaCO3 表面 ， 通过透射电子显微镜（ TEM）、傅里叶红外变换光谱（ FTIR）和 X-射线衍射证实了 纳米 -CaCO3 包裹了 PMMA， 表明 纳米 -CaCO3粒子与 PMMA 存在良好的相互作用，这意味着聚合物通过偶联剂的连接成功接枝到 纳米 -CaCO3 表面。不同含量 （ 0.1-1%） 的 纳米 -CaCO3/PMMA 通过 布拉本德粘土塑性测定仪 与聚丙烯混合 。 纳米 -CaCO3 接枝 PMMA
5、的明显提高了 纳米-CaCO3 在 PP 基 体中的分散性 ，提高了（ 纳米 -CaCO3/PMMA） /PP 复合物的热性能、流变性和机械性能。扫描电子显微镜（ SEM）和原子力显微镜（ AFM）显示， 纳米 -CaCO3 粒子通过 PMMA 壳在 PP 基体中分散性良好。 关键词： 核壳纳米粒子， 雾化微乳液，聚丙烯（ PP），热性能，流变性能，机械性能 前言 核 /壳 纳米结构材料是由核结构和壳层组成 1， 它可能各种材料形成，包括聚合物、无机固体和金属 2， 3。这些材料被广泛应用到这些领域 ，即绘画 4,5、化妆品 6-8、涂料 5， 9、胶黏剂
6、 10、电子工业 11、橡 胶 /塑料 增强剂 12和生物化学 13，因为这些材料的综合性能要比对应的单一成份好 14。这个领域的主要目的是通过分子或纳米级的增强来提高聚合物的热性能、机械性能和流变性能，如 耐热性、韧性、硬度和熔融粘度 15。在 1958 年 16，纳米核壳粒子被首次引进作为聚氯乙烯（ PVC）的商业改性剂，核壳粒子改性剂 的尺寸 在加工过程中是固定的， 在基体中的分散也保持不变。核壳纳米粒子作为改性剂被广泛运用到大量的聚合物中，如聚碳酸酯（ PC） 17、聚甲基丙烯酸甲酯（ PMMA） 18、聚对苯二甲酸丁二酯（ PBT） 19和 PVC20。 报道了 各种纳米
7、填充物，包括蒙脱土 21、碳酸钙 22-24、氧化铝 25和二氧化硅 。碳酸钙（ CaCO3）是作为形成珊瑚、珍珠、软体动物、鸡蛋壳和节肢动物骨骼最丰富的矿产之一 26,27。工业中，它也已经 被用作复合材料的填充物，比如塑料、绘画中的辅助颜料和纸张涂料分散体。 在这些应用中， CaCO3 与其他成分机 3 械共混成最终材料。传统上，低分子偶联剂或表面活性剂处理填充物表面是合理有效的 28， 29。 然而，低分子量 化合物 容易从交界面迁移出来，随后复合材料的机械和物理性能都不是所期 望的。因此， 填充物表面处理的新技术破在眉睫。最近，在提出的原位聚合中 30,31， CaCO3 纳米粒子 可
8、以被适合的聚合物包裹 。在无机表面的聚合物层降低了粒子表面能，提高了粒子的分散性和界面的粘附力。从而增强了最终才材料的机械性能、韧性和耐热性。 采用逐步乳液聚合法 32-36这种特殊方法合成核壳粒子已被普遍使用了。在乳液中，第一步制备核粒子，第二部制备壳聚合物。在这种方法中，就和粒子用作“种子粒子”，表面包裹聚合物。 最近 采用改性 微乳液 过程 37和雾化微乳液过程 38合成了聚苯乙烯（ nPS）和聚甲基丙烯 酸甲酯（ nPMMA）纳米粒子 ，将单独的 nPS 和 nPMMA 与聚丙烯（ PP）37和线性低密度聚乙烯（ LLDPE） 39共混来研究他们的流变性能、热性能和机械性能
9、。在我们初期的工作中， 我们利用雾化微乳液聚合成功制备了以 CaCO3为核、 PS 为壳的纳米碳酸钙（ 纳米 -CaCO3） /PS 核壳粒子，并与 PP 基体共混 40。目前的工作是前期工作的一个延展 ，通过使用雾化微乳液的方法开发一种有效的方法来生产纳米 CaCO3/PMMA 核壳粒子。此外，这本文中，我们已关注了 通过加入 1%的 纳米 -CaCO3 来增强界面粘附力，提高 （ 纳米 -CaCO3） /PS/PP 纳米复合材料 的性能。其原因是通过 纳米 -CaCO3 接枝亲酯性聚合物层（ PMMA）来改善 纳米 -CaCO3 与聚合物基体 的相容性 。包裹的聚合物壳层不仅阻止了纳米粒子
10、的聚集，也很好的提高了填充物与聚合物基体之间的相容性 41。 实验 材料： 采用乳液喷雾方法合成了直径在 1050nm 范围的 纳米 -CaCO3 粒子，用乙烯基三乙氧基硅烷改性（ TEVS）纳米粒子 43,44。单体 ， 甲基丙烯酸甲酯（ MMA） ；引发剂，过硫酸钾（ APS）；表面活性剂，十二烷基磺酸钠（ SDS），助表面活性剂和戊醇从 印度孟买精细化工有限公司购买。 在聚合之前，甲基丙烯酸甲酯（ MMA）经 5%NaOH 水溶液处理以去除阻聚剂，氮气气氛下减压蒸馏 。其他材料都为分析纯，不需要进一步提纯。 水是双重蒸馏去离子水。 纳米 -
11、CaCO3 的表面改性 用硅烷偶联剂（ TEVS）改性 纳米 -CaCO3 粒子，首先要得到的是硅烷偶联剂，也是有被丙酮溶解的 TEVS（ CaCO3 用量的 5%） 。 20g CaCO3 粒子在 500 转 /分钟的机械搅拌下溶于硅烷 -丙酮混合物。然后 混合物超声处理 1h 后 在室温下再次500 转 /分钟的速度搅拌 2h。 TEVS 和 CaCO3的反应要保 持一夜。最终， 纳米 -CaCO3粒子经过滤、用丙酮洗涤四次收集，滤渣 100真空干燥 12h。 纳米 -CaCO3/PMMA 核壳纳米粒子的制备 通过水 /油雾化微乳液聚合的方法合成尺寸小于 100nm、体系分散稳定的 纳米 -CaCO3/PMMA 核壳粒子。 APS、 SDS 和 n-Pt 分别用作引发剂、表面活性剂和
