一种大分子偶联剂的合成及其对纳米氮化硅粉末的表面处理研究VIP免费

一种大分子偶联剂的合成及其对纳米氮化硅粉末的表面处理研究董前年1章于川1.2(1.安徽大学安徽合肥2300392.安徽安大中鼎橡胶技术开发有限公司）摘要：采用溶液聚合法合成了丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸-丙烯腈（BA-MAA-AN）三元共聚物，使用该三元共聚物作为大分子偶联剂对纳米氮化硅进行表面处理，运用TEM、FTIR、XPS等仪器对处理后的纳米氮化硅粉末的结构及表面特性进行系统地研究。结果表明:纳米氮化硅处理后，在有机溶剂中分散性良好,大分子偶联剂包覆在其表面，并与其发生了化学作用，形成了-NH-C=O、Si-O-C键；纳米粒度分析结果显示，当大分子偶联剂用量为10%(质量分数)时，纳米Si3N4粒径较小，分布较窄。关键词：三元共聚物大分子偶联剂纳米氮化硅包覆中图分类号:纳米氮化硅是一种性能优异的陶瓷粉体，具有良好的高温强度、高断裂强度、高硬度、优良的耐摩擦磨损性能等优点[1-3]，在许多领域有着广泛的应用。但将纳米氮化硅添加入橡胶中的改性研究国内外尚鲜为报道。由于纳米氮化硅粉体具有高的表面自由能，容易团聚形成聚集体颗粒,当将其作为填料添加到聚合物基体当中时,由于无机刚性粒子与有机相的结构差别较大,相容性差,导致纳米Si3N4粒子难以一次结构的形式均匀分散在聚合物基体当中,而是形成团聚体结构,成为复合材料当中的缺陷态,不仅无法提高某些性能,反而会损害聚合物基体本身的性能[2]。为了消除或减少纳米Si3N4粒子表面氨基、羟基的数量,提高粒子疏水性,使纳米氮化硅粉末能够均匀地分散在聚合物中并与聚合物具有良好的相容性。所以必须要对纳米Si3N4粒子的表面进行改性,以达到与聚合物充分相容的目的。目前对氮化硅的表面改性方法大多针对其作为陶瓷材料或制备金属基复合材料，采用烧结助剂包覆氮化硅粉末，提高陶瓷制品烧结密度和性能稳定性；或者是在氮化硅表面涂覆金属，提高界面结合程度。针对纳米氮化硅应用于聚合物方面的改性，T.Kmmer等通过醇类[4]（八烷醇、十二烷醇、十八烷醇）对氮化硅颗粒表面进行改性处理，使醇类在氮化硅颗粒表面烷基化。王君[5]等研究了用硅烷偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH-560）对纳米氮化硅粉粒的表面改性，可以制备分散性和稳定性俱佳的氮化硅-丙酮悬浮液。本文针对纳米氮化硅改性丁腈橡胶减震器油封体系，在实验室设计合成了一种大分子偶联剂BA-MAA-AN三元共聚物,应用其对纳米氮化硅粉末进行表面包覆处理，通过引入强极性基团-CN，与丁腈橡胶基体形成较强的相互作用，增加氮化硅与极性橡胶基体NBR两者之间的相容性，提高界面强度，具有较好的偶联效果。本文主要阐述大分子偶联剂的合成及对纳米氮化硅粉末表面改性研究，关于制备纳米Si3N4/丁腈橡胶复合材料以及其物理性能、耐油性试验，将后续报道。1实验部分1.1实验原料丙烯酸丁酯(BA)AR；α－甲基丙烯酸(MAA)AR；丙烯腈（AN）AR；中国医药集团上海化学试剂公司(在使用前均经减压蒸馏除阻)；丙酮CP，上海振兴化工一厂；偶氮二异丁腈（AIBN）（精制），上海试四赫维化工有限公司；纳米氮化硅(Si3N4)合肥开尔纳米材料有限公司等离子体法生产,晶型：无定形；平均粒径<15nm；1.2分析仪器Neuxs-830傅立叶变换红外光谱仪（FTIR），Nicolet公司生产，按ATR方式对样品进行分析测试；Zetasizer3000HSA型激光粒度分析仪，英国MalvernInstruments生产；JEM-100SX型透射电子显微镜(TEM)，日本TEOL公司生产；ESCALAB-MK-II型x射线光电子能谱仪(XPS)，英国VG科学仪器公司生产，光源为MgKα；表面张力仪，德国克吕士公司生产。1.3三元共聚物的制备四口烧瓶中加入适量丙酮，充氮气保护，加热至50℃左右，将质量比为84:10:6（BA:AN:MAA）的单体及适量的AIBN、十二烷基硫醇的丙酮溶液从恒压滴液漏斗中加入四口烧瓶内，保温1h后，升到75℃，再保温2h后停止反应，产物冷却后放入真空干燥器保存。通过改变三种单体的比例调节共聚物的分子组成,控制温度、引发剂和链转移剂的用量以调节共聚物的分子量。1.4产物固含量及转化率的测定称取三元共聚产物的溶液若干克，置55℃于真空干燥箱中，恒温干燥至恒重，计算得到聚合物溶液的固含量为32.02%，从而计算出单体的转化率为96.07%。1.5纳米Si3N4...