PNIPA-CLAY納米復合水凝膠的制備及其有機-無機相互作用研究.pdf

1、聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPA)是一種被廣泛應用的溫敏性水凝膠。納米復合水凝膠則是將納米顆粒引入到水凝膠中，使其具有獨特的三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學性能。無機納米粒子填充高分子聚合物可達到綜合提升復合材料性能的目的，其微觀結(jié)構(gòu)和動力學行為決定了其宏觀性能，如何闡明納米粒子對復合材料結(jié)構(gòu)和動力學行為的影響，如何在分子水平檢測體系內(nèi)氫鍵等有機-無機相互作用對設(shè)計和制備性能優(yōu)異的高分子材料具有指導意義。本課題采用多種先進固體核磁共振技術(shù)結(jié)合調(diào)

2、制DSC(TM-DSC)技術(shù)和熱重分析法模擬裂解動力學來研究PNIPA/Clay納米復合材料中粘土片層與聚合物分子鏈之間氫鍵等有機-無機相互作用，探討其超拉伸性能機理。研究內(nèi)容如下:
　　利用原位自由基聚合的方法制備具有超拉伸性能的PNIPA/Clay納米復合材料，并進行相關(guān)的結(jié)構(gòu)及性能測試。采用1H MAS和13C CPMAS、二維相關(guān)譜(2DHETCOR)、縱向弛豫時間（T1）等多種固體核磁技術(shù)研究PNIPA/Clay納米復合

3、材料的結(jié)構(gòu)及有機-無機相互作用。13C-1H HETCOR驗證了粘土片層與聚合物分子鏈之間氫鍵相互作用位點的存在，13C|T1實驗表明，納米復合材料中聚合物分子鏈運動比均聚物慢，說明粘土的引入使聚合物運動受限;同時含水體系的聚合物比干態(tài)的聚合物鏈運動性高，說明水分子進入使聚合物分子間間距增大，分子鏈段運動加快。
　　采用溫度調(diào)制DSC(TM-DSC)技術(shù)研究PNIPA/Clay復合體系的熱力學性能及其在玻璃化轉(zhuǎn)變過程中的動力學行為

4、，有效活化能（E)和協(xié)同重排尺寸（εα）表征受限鏈的松弛行為;采用熱重分析法(TGA)結(jié)合模型擬合法研究降解反應動力學，通過降解活化能(E'）解釋復合體系的裂解反應機理。結(jié)果表明，PNIPA/Clay20復合體系的E值(227.6kJ/mol)明顯大于PNIPA均聚物(168.9kJ/mol)，且Vg值(8.23nm3)比PNIPA的(3.41nm3)大，而當粘土含量增加到40wt％時，相應的E(130.8kJ/mol)和Vg(3.54

5、nm3)均有所下降。這是由于粘土的引入使聚合物與粘土之間形成了“多氫鍵簇”，靠近粘土片層的分子鏈段運動受限;同時粘土片層作為物理交聯(lián)點，隨粘土含量增加，復合體系中交聯(lián)點密度增大，而分子鏈長變短，從而使E和Vg隨粘土含量的引入先增加后降低。PNIPA/Clay復合體系的降解活化能E'均低于PNIPA均聚物，表明聚合物與粘土片層表面形成的“多氫鍵”先于聚合物分子鏈降解，進而誘導聚合物降解，且粘土含量增加使聚合物分子鏈變短導致主鏈E值顯著降低