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本文在查阅了大量关于纳米碳酸钙表面改性、纳米粒子类流体以及纳米碳酸钙/聚合物复合材料等相关资料的基础上,首先通过硅烷偶合反应将3—(三甲氧基硅烷基)丙基二甲基十八烷基季铵氯化物(DC5700)接枝到纳米碳酸钙的表面,形成纳米碳酸钙有机离子盐;然后凭借壬基酚聚氧乙烯醚硫酸钠(NPES)和DC5700之间的离子交换反应将NPES接枝到纳米碳酸钙的表面,得到了在无溶剂条件下具有类液体行为的纳米碳酸钙类流体;最后将制备的纳米碳酸钙类流体添加到聚氯乙烯(PVC)树脂中,并讨论了纳米碳酸钙类流体的含量与PVC复合材料性能之间的关系。
1.将DC5700接枝到纳米碳酸钙的表面,形成纳米碳酸钙有机离子盐。红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)测试证明了它们之间的硅烷偶合化学接技反应。从扫描电子显微镜(SEM)图中可以看出,有机离子盐中的纳米碳酸钙粒子为立方体,粒径为40nm左右。
2.纳米碳酸钙有机离子盐进一步与NPES发生反应得到目标产物纳米碳酸钙类流体。通过X射线衍射(XRD)、FTIR、Raman、透射电镜(TEM)、热失重(TGA)等测试技术对纳米碳酸钙类流体进行了分析表征。FTIR和Raman测试证实了DC5700和NPES之间的离子交换反应,并获得具有一定热稳定性的新型纳米碳酸钙类流体,它在无溶剂条件下具有可流动性行为。TEM揭示了类流体中有机长链DC5700和NPES的双离子层结构,厚度约为6.5nm。纳米碳酸钙类流体的电导率为10—6~10—4S/cm,可以作为半导体来使用,并且在抗静电材料方面具有一定的应用前景。
3.将纳米碳酸钙类流体与PVC树脂在转矩流变仪中熔融共混,制备了纳米碳酸钙类流体/PVC复合材料。研究结果发现纳米碳酸钙类流体不仅可以显著提高PVC复合材料的电导率,而且可以改善PVC复合材料的加工性能。当加入5wt%的纳米碳酸钙类流体后,PVC复合材料的最大扭矩从13.6N·m降到了9.8N·m,同时其平衡扭矩则从7.8N·m降至6.9N·m;加入1wt%的纳米碳酸钙类流体后,PVC复合材料的拉伸强度从32.45MPa增大到最大值33.80MPa,而且其冲击强度也达到了最大值38.50kJ/㎡。说明纳米碳酸钙类流体对PVC复合材料具有增塑增强增韧的作用。扫描电子显微镜分析结果可知,纳米碳酸钙类流体与PVC树脂基体界面相容性比较好,并均匀分散在PVC树脂基体中。