聚合物复合材料无机相分散度的三维荧光定量及其在材料性能评价中的应用
聚合物复合材料凭借优异的机械、电学、光学等性能，在航空航天、生物医药、电极和包装材料等领域得到了广泛的应用。其中，无机添加剂可以作为抗老化剂、阻燃剂等构筑功能性聚合物复合材料。无机相粒子通常以不同形态的团聚体存在于聚合物基体中，其分散程度将影响两相之间的界面相互作用，进而决定了复合材料的宏观性能。定量无机相的分散度对于研究复合材料微观结构、优化复合材料性能具有重要意义。然而，目前的无机相分散度评价方法大多基于纳米尺度的二维图像，难以对无机相的整体分布进行评价，另一方面，这些方法通常只关注无机相粒子的聚集状态，而忽略了无机相分布的均匀性。 为了实现对无机相分散度的三维定量分析，本文通过对聚合物复合材料中无机相的荧光定位和三维成像，综合考虑无机相粒子的分散均匀性和聚集度，建立了一种对复合材料中无机相三维分散度的定量评价方法，量化了无机相分散度与聚合物复合材料性能之间的关系。建立的方法可用于对不同制膜工艺、不同组成的聚合物复合材料中无机相分散度的三维定量评价，为探究分散度与复合材料性能的关系、优化复合材料的性能提供了基础。具体研究内容如下: 1.无机相分散度三维荧光定量方法的建立及其在复合材料老化评价中的应用研究 本工作以水滑石(LDHs)/低密度聚乙烯(LDPE)复合材料为模型体系，通过对复合材料中LDHs的荧光识别，实现了复合材料内部无机相粒子的三维可视化成像。进一步量化无机LDHs粒子的体积分布情况,通过多次采样，得到LDHs平均体积偏差，以此评价其分布均匀性;定义小团聚体体积分数与大团聚体体积分数的比值为聚集指数(A),用来评估无机相颗粒的二次粒径，即聚集度。利用傅里叶红外光谱(FT-IR)表征复合材料热氧老化后的羰基指数(C.I.),建立了无机相聚集指数A与复合材料抗老化性能之间的线性相关关系:C.I.=0.0027+0.1123 A,为深入材料构效关系研究提供基础。 2.无机相分散度三维荧光定量方法在不同聚合物复合材料体系中的通用性研究 本工作分别选用了不同的制备工艺(微纳层叠、溶剂回流和开放式混炼)、不同粒径以及不同形貌无机相制备了聚丙烯复合材料，并根据建立的三维荧光定量方法对不同复合材料中的无机相分散度进行了评价。结果表明:(1)微纳层叠法制备的复合材料无机相的分散状态最佳，优于溶剂回流与开放式混炼;(2)粒径较小的LDHs更容易聚集，这是由于小粒径LDHs具有更大的比表面积和粒子间作用力;(3)球形SiO2具有更好的分散度，这可以归因于球形无机相粒子之间较小的接触面积和更小的粒子间相互作用。该方法为不同体系的聚合物复合材料中无机相分散度评价提供了新的思路和方法，为设计和构筑先进高分子材料提供理论指导和技术支持。
聚合物复合材料;无机相;分散度;荧光定位;三维成像
北京化工大学
硕士
材料与化工
徐庆红;梁立娜
2023
中文
TB332
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）