纳米氧化物表面高分子修饰及其对聚丙烯酸酯复合涂层性能的影响

论文题目: 纳米氧化物表面高分子修饰及其对聚丙烯酸酯复合涂层性能的影响

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料学

作者: 刘付胜聪

导师: 肖汉宁

关键词: 纳米氧化物,聚丙烯酸酯,涂层,高分子吸附,分散,热降解,光降解,库擦磨损

文献来源: 湖南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 纳米氧化物在介质中的分散是纳米颗粒合成和应用中的关键问题。在纳米颗粒胶体物系中加入高分子聚合物使之吸附在颗粒表面是防止纳米颗粒团聚生长的有效方法。它们通过改变静电力或空间位阻作用的大小实现纳米氧化物颗粒的分散稳定。本文通过改变高分子聚合物的种类和分散体系条件来研究评价纳米氧化物胶体物系的分散稳定规律及其机理。并将纳米氧化物分散在聚丙烯酸酯乳液之中,制备纳米氧化物/聚丙烯酸酯复合涂层,分析纳米氧化物对涂层热降解、光降解以及在水润滑条件下摩擦磨损的影响。 FTIR和吸附实验结果表明:非离子型聚合物PEG和PAM主要通过氢键在氧化物表面形成吸附;阴离子型聚合物PAA和PMAN可以通过氢键和化学键实现吸附,具体由哪种吸附引力占主导地位主要取决于pH值;阳离子型聚合物MPTMAC主要通过静电引力实现在纳米SiO2表面的吸附;两性聚合物电解质PMAA-b-PDMAEMA在TiO2表面的吸附是氢键、化学键和静电力等共同作用的结果。本文较系统地研究了各种聚合物在纳米氧化物表面的吸附行为与聚合物浓度、聚合物相对相对分子量、分散体系pH值、离子强度和类型等因素之间的相互关系。不同类型聚合物的吸附量及吸附层厚度呈现出不同的变化规律,并从高分子链在氧化物表面吸附形态的角度对其进行解释。聚合物等温吸附曲线近似Langmuir吸附模型。聚合物平均相对相对分子量的增加使聚合物饱和吸附量增大。对于不同类型聚合物,pH值变化对吸附行为的影响不同。离子强度的变化对非离子型聚合物吸附量的影响较小,而聚合物电解质吸附对离子强度和类型较为敏感。聚电解质吸附量随离子强度的变化呈现出极大值。高价离子对聚电解质高分子链起到桥连的作用,促进其吸附量的增加。不同碱金属离子由于与氧化物表面亲和力不同而影响聚合物的吸附行为。纳米氧化物吸附聚合物后,颗粒表面电荷密度、ζ电位和双电层结构将发生变化。吸附非离子型聚合物后纳米氧化物的等电点几乎不变,而吸附阴离子型或阳离子型聚电解质后,氧化物等电点分别向低或高pH值方向移动,移动距离与聚合物浓度和平均相对相对分子量相关。两性聚电解质吸附对纳米氧化物ζ电位的影响以聚合物的pHiep为分界点呈现出不同的变化规律。本文研究了不同类型的高分子聚合物对水介质中纳米氧化物的分散稳定作用。PEG和PAM主要通过空间位阻作用实现对纳米氧化物的分散稳定。在104数量级范围内,平均相对相对分子量越大越有利于分散稳定,聚合物初始浓度在

论文目录:

摘要

Abstract

插图索引

附表索引

缩略词

第1章绪论

1.1 纳米氧化物分散及其液相稳定性

1.1.1 氧化物的表面化学特征

1.1.2 分散体系中颗粒的相互作用

1.1.3 氧化物颗粒在液相中的带电状况

1.1.4 高分子聚合物稳定胶体物系的理论及研究进展

1.2 高分子聚合物吸附理论及研究进展

1.2.1 聚合物吸附理论

1.2.2 聚合物吸附实验进展

1.2.3 利用高分子聚合物吸附制备无机纳米颗粒分散体系

1.3 无机纳米颗粒填充聚合物基复合材料

1.3.1 纳米复合材料概述

1.3.2 无机纳米颗粒／聚合物基复合材料的制备、性能及应用

1.3.3 聚丙烯酸酯纳米复合材料的研究现状

1.4 论文研究目的和内容

1.4.1 研究目的

1.4.2 研究内容

第2章高分子聚合物吸附实验和聚丙烯酸酯复合涂层的制备

2.1 实验原料

2.2 实验过程

2.2.1 高分子聚合物在纳米氧化物表面上的吸附实验

2.2.2 聚丙烯酸酯复合涂层的制备

2.3 样品的表征和检测

2.3.1 吸附样品相关参数的测量与表征

2.3.2 聚丙烯酸酯复合涂层性能的检测和表征

第3章纳米氧化物表面高分子聚合物吸附及其影响因素研究

3.1 引言

3.2 高分子聚合物在纳米氧化物颗粒表面的吸附机理

3.3 影响高分子聚合物吸附的主要因素

3.3.1 聚合物的浓度

3.3.2 聚合物相对分子量

3.3.3 pH值

3.3.4 离子强度和类型

3.4 本章小结

第4章高分子聚合物吸附对纳米氧化物的分散稳定作用

4.1 引言

4.2 聚合物吸附对分散体系中纳米氧化物电性质的影响

4.2.1 PEG吸附对纳米ZnO表面电性质的影响

4.2.2 PAA吸附对纳米TiO_2表面电性质的影响

4.2.3 MPTMAC吸附对纳米SiO_2表面电性质的影响

4.2.4 PMAA-b-PDMAEMA吸附对纳米TiO_2表面电性质的影响

4.3 聚合物吸附对纳米氧化物分散体系稳定性的影响

4.3.1 非离子型聚合物对纳米氧化物的分散稳定作用

4.3.2 阴离子型聚电解质对纳米氧化物的分散稳定作用

4.3.3 阳离子型聚合物对纳米氧化物的分散稳定作用

4.3.4 两性聚合物电解质对纳米氧化物的分散稳定作用

4.4 聚丙烯酸酯纳米复合涂层制备过程中纳米氧化物的分散

4.5 本章小结

第5章纳米氧化锌对聚丙烯酸酯复合涂层热降解性能的影响

5.1 引言

5.2 聚丙烯酸酯的热降解过程

5.2.1 聚丙烯酸酯热降解的FTIR分析

5.2.2 聚丙烯酸酯的DSC—TG分析

5.3 ZnO／聚丙烯酸酯复合涂层的热降解过程

5.3.1 纳米ZnO／聚丙烯酸酯复合涂层的热降解分析

5.3.2 纳米ZnO含量对聚丙烯酸酯复合涂层热降解行为的影响

5.3.3 聚丙烯酸酯复合涂层热降解行为随ZnO颗粒大小的变化

5.4 ZnO／聚丙烯酸酯复合涂层热降解的动力学分析

5.5 本章小结

第6章纳米二氧化钛对聚丙烯酸酯复合涂层光降解性能的影响

6.1 引言

6.2 聚丙烯酸酯的光降解过程

6.2.1 聚丙烯酸酯光降解的反应历程

6.2.2 聚丙烯酸酯光降解的FTIR分析

6.3 纳米TiO_2与有机UVA的光学性质

6.3.1 纳米TiO_2与有机UVA的UV分析

6.3.2 锐钛矿型与金红石型TiO_2的光学特征比较

6.4 TiO_2对聚丙烯酸酯复合涂层的抗光降解作用

6.4.1 聚丙烯酸酯复合涂层的失重分析

6.4.2 聚丙烯酸酯复合涂层的FTIR分析

6.4.3 聚丙烯酸酯复合涂层的ROOH含量分析

6.5 纳米TiO_2与有机UVA抗光降解作用比较

6.5.1 纳米TiO_2与有机UVA对复合涂层失重的影响

6.5.2 纳米TiO_2与有机UVA对复合涂层表面光泽度的影响

6.5.3 含纳米TiO_2或有机UVA复合涂层的FTIR分析

6.5.4 聚丙烯酸酯复合涂层表面SEM分析

6.6 本章小结

第7章纳米二氧化硅对聚丙烯酸酯复合涂层在水润滑下摩擦学性能的影响

7.1 引言

7.2 水润滑下复合涂层中水、聚合物和填料的摩擦学特性

7.3 纳米SiO_2对聚丙烯酸酯复合涂层摩擦学性能的影响

7.3.1 聚丙烯酸酯复合涂层的摩擦磨损分析

7.3.2 聚丙烯酸酯复合涂层的FTIR分析

7.3.3 聚丙烯酸酯复合涂层表面SEM分析

7.3.4 聚丙烯酸酯复合涂层表面光泽度分析

7.4 SiO_2颗粒大小对聚丙烯酸酯复合涂层摩擦学性能的影响

7.5 聚丙烯酸酯复合涂层的摩擦磨损模型

7.6 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的论文

附录B 攻读学位期间所获专利和成果

发布时间: 2005-09-27

参考文献

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