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微乳液具有区别于普通乳液的优异性能,如热力学稳定、宏观上均匀透明、超低界面张力以及随之产生的强增溶和乳化能力等,在许多领域具有广泛的用途。常规的三元水包油微乳液聚合可产生具有平均粒径为几十纳米的乳胶粒子,可以很容易地得到单链或寡链聚合物,因此所得的聚合物表现出独特的性能。本论文主要围绕微乳液聚合物的玻璃化转变行为中一些特殊的现象进行研究,并利用微乳液聚合技术制备具有实用价值的功能性材料.
1.1991年Iijima发现的碳纳米管是性质独特的一维纳米材料,其长度为微米级,直径为纳米级,具有极高的长径比和超强的力学性能,使其有可能在复合材料中起到了多方面的作用。纳米碳管复合材料的研究已成为一个极活跃的领域。
但是用碳纳米管作为复合材料增强体及填料时,由于碳纳米管的分散性较差(易团聚),目前尚无有效手段解决多层碳纳米管的分散性问题,所以难以加工成型制作器件,严重影响其应用。在本文中,我们通过简单的微乳液聚合制备了聚苯乙烯(PS)侈壁碳纳米管(MWNTs)的复合材料,该方法可使MWNTs与聚苯乙烯分子链有效地结合,使得在聚苯乙烯和MWNTs间通过π-键形成强烈的界面相互作用,形成相容性优良的复合材料,从而使PS的机械、热学和电学性能显著增强。不仅如此,在PS的良溶剂中,相比于PS和MwNTs的简单机械混合物,该复合材料表现出良好的溶解性能,可以长时间保持稳定而不出现相分离。
此外,我们还向上述稳定的PS/MWNTs复合材料的甲苯溶液中分别加入复合材料10倍质量的乙二醇和聚乙二醇400,以观察它们引起的相分离行为.对比于乙二醇和聚乙二醇400对MWNTs沉淀能力的差异,我们发现乙二醇对MWNTs 沉淀作用是依靠静电相互作用,而聚乙二醇400除了依靠静电相互作用以外,还可能存在“熵致有序”效应,促使MWNTS更快地从稳定的溶液中沉淀出来。 2.用DSC方法测量由乳液聚合或微乳液聚合的方法制得的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)样品时,在第一次扫描曲线中,总是会有明显的放热峰伴随在Tg区域,这就无法把玻璃化转变从中区分开来,使得我们不能准确判定Tg。而在第二次扫描曲线中,该放热峰消失.所以,在绝大多数的文献中,一般仅用PMMA样品的DSC第二次扫描曲线来表示其玻璃化转变现象,并且文献报道微乳液聚合的方法制得的PMMA样品的Tg为125℃。关于在DSC第一次扫描曲线中Tg区域出现的放热峰,文献一般都没有讨论这一现象。在本文中,我们采用了不同的热处理方式,研究了在 DSC 第一次扫描曲线中Tg区域出现的放热峰的成因和对PMMA在热处理后聚集态的影响,发现在后处理过程中使用的甲醇起着重要的作用,甲醇对PMMA样品的影响表现为:
A.长时间的室温抽气使出现在DSC第一次扫描曲线的放热峰消失,而当上述PMMA 样品于15℃和50℃接触饱和甲醇蒸汽后,放热峰又重新出现,表明该放热峰与甲醇有关,甲醇分子与PMMA可形成紧密的相互作用,使体系焓值增加;
B.无论是用水沉淀出的 PMMA 样品,还是经过充分退火的 PMMA 样品,再接触到甲醇蒸汽都不会在DSC第一次扫描曲线中形成放热峰,此时甲醇起到类似于热处理的相同效果,说明形成放热峰的是甲醇与其发生相互作用的,引起其聚集态结构变化的那些PMMA样品;
C.压片后的PMMA样品在50℃接触饱和甲醇蒸汽9小时后,在约90℃的位置出现玻璃化转变,说明甲醇在其中起到了增塑剂的作用;
3.在常规的微乳液聚合中,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的链增长阶段是在乳胶粒的狭小空间内进行的,使得高分子链重复单元的立体化学序列结构和在溶液及本体聚合中的差别很大.而且在乳胶粒中通常只包含单链高分子或寡链高分子—从而在其构象和热性能方面表现出一些新的特性。Van N.C.等人报道了MMA常规的水/MMA/十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)三组份水包油微乳液聚合体系可制得具有平均粒径为17~41 nm的乳胶颗粒,并且所得的PMMA—r在DSC第二次扫描时的玻璃化转变温度为125℃,同时还具有较高的58~61%问规立构的构象.其中,125℃。C的玻璃化转变温度比溶液及本体聚合所得的PMMA约105℃的玻璃化转变温度高了约20℃。因此,我们设想如果在MMA聚合过程中,给它提供一个比在经典的微乳液聚合时更加“拥挤”的聚合场所,那么所得的PMMA上述的这些特性,如玻璃化转变温度、立构规整度、热性能等等,是否会由此而变化。所以我们选用邻苯二甲酸二乙基己酯(DOP)这样一种MMA的中分子溶剂,作为第四组份加入到常规的微乳液聚合体系中以创造PMMA链增长时“拥挤”的乳胶颗粒,并用水/MMA/CTAB/DOP西组份体系的微乳液聚合制备PMMA—c。所得的PMMA—c的玻璃化转变温度Tg1为136.3℃,比PMMA—r的131.6℃高了约5℃.