利用乳化劑十二烷基硫酸鈉 以乳化聚合方式製備高衝擊強度 聚苯乙烯 /...
-
Upload
sapphire-ilithya -
Category
Documents
-
view
37 -
download
6
description
Transcript of 利用乳化劑十二烷基硫酸鈉 以乳化聚合方式製備高衝擊強度 聚苯乙烯 /...
Yong Lin, Kai Mo Ng,, Chi-Ming Chan , Guoxing Sun, Jingshen WuJournal of Colloid and Interface Science 358 (2011) 423–429
Ϙ 班 級:化材四甲Ϙ 學 號: 49852014
Ϙ 姓 名:鄭 佳 宜Ϙ 授課教師:謝 慶 東 教授
利用乳化劑十二烷基硫酸鈉 (SDS) 以乳化聚合方式製備高衝擊強度聚苯乙烯(PS) /埃洛石奈米複合材料 (HNTs) 。 十二烷基硫酸鈉 (SDS) 對於埃洛石奈米複合材料 (HNTs) 在水溶液中是良好的分散劑。 聚苯乙烯奈米球分離單獨的 HNTs 導致乳液聚合。由透射電子顯微鏡 (TEM) 顯示 HNTs 在 PS 基材中均勻的分散。
PS/HNT 奈米複合材料之性質使用差示掃描量熱儀 (DSC) 、傅立葉轉換紅外線光譜儀 (FT-IR) 和熱重分析儀 (TGA) 來作分析。
PS/HNTs 奈米複合材料的衝擊強度300% ,比排列整齊的 PS(neat PS) 高出很多。
本篇報告提出一種簡單可行的方法製備高衝擊強度的 PS/HNTs 奈米複合材料。
埃洛石奈米碳管 (HNTS) 是普遍存在於土壤和風化的岩石內自然產生的矽酸鹽奈米碳管。一些研究報導了環氧樹脂內的 HNTS 、耐綸 6 及天然橡膠的補強效果。
已進行許多嘗試,試圖藉由加入橡膠粒子或無機粒子來改善聚苯乙烯的韌性。
在本篇報告中,藉由乳液聚合將苯乙烯分散於 HNTS 的懸浮液中,其懸浮液為以十二烷基硫酸鈉 (SDS) 作為分散劑。
在聚苯乙烯 (PS) 基材中可觀察到HNTS 。此外, PS/HNT 奈米複合材料達到顯著改善衝擊韌性。簡要的討論增韌機制。
http://lakshmiglass.com/
products3.html
乾的埃洛石奈米碳管 HNTS(5.0 g) 和十二烷基硫酸鈉 SDS(1.0 g) 加入三頸圓底燒瓶中
加入去離子水 (300 ml)
過硫酸銨 (0.57 g)
超音波震盪 20 分鐘以及磁石攪拌 20 分鐘
在氬氣環境下,水浴溫度 70–75°C ,加入苯乙烯 (95.0 g) 以及用轉速 400rpm 攪拌 18 小時
另外攪拌 10 分鐘
加入 500ml 的去離子水到懸浮液中
用去離子水清洗材料 (1000 ml) ,在空氣中乾燥 24 小時,再在真空 40–45°C 下乾燥20 小時
抽氣過濾
表 1. GPC 測定 PS 的分子量
圖 1. HNTS 的微觀型態 : (a) SEM 和 (b) TEM 顯微照片
在 TEM 的顯微照片中可清楚的看到 HNTS 多壁中空的結構奈米碳管的內部直徑為 20 奈米,外部直徑為 50 奈米
HNTsAl-OH : 3694 cm-1
3628 cm-1
Si-O : 1113 cm-1
1032 cm-1
PSC-H bending : 1442 cm-1 , 1491 cm-1
C-H stretching : 2840 cm-1 , 2920 cm-1
圖 2. HNTs 、排列整齊的 PS 、 PS-H05 和 PS-H10 的 FTIR 圖
圖 3. PS/HNT 奈米複合材料的 SEM 顯微照片
圖 3(a) 中,在低倍率的顯微圖片可看到許多群集。
因 NHTS 在 PS 基材中的良好分散性,藉由PS奈米球, HNT 被分離及 HNT 團聚物分解。
圖 6. 排列整齊的 PS 、 PS-H05和 PS-H10 的 TGA 曲線
透過 HNT 管腔的分解產品的包裝被提出主要是在改善高分子聚合物在 HNTs 中的熱降解。
圖 7. 排列整齊的 PS 、 PS-H05和 PS-H10 的 DTG 曲線
圖 9. 排列整齊的 PS 和 PS/HNT 奈米複合材料的缺口懸臂粱衝擊強度
這些結果清楚顯示,添加 5wt.% 的 HNTs會改善 PS 的衝擊強度至 300% ,而添加更多的 HNTs 會降低 PS/HNT 奈米複合材料的衝擊強度。
59.1 ± 4.8 J/m
35.0 ± 6.9 J/m
19.5 ± 3.6 J/m
進一步增加填料加入量從 5 至 10 wt.% ,並未導致硬度成比例增加,由此指出 PS 基材與 HNTs 之間的相互作用很弱。
圖 10. 排列整齊的 PS 和 PS-H05 和 PS-H10 的儲能彈性模量
圖 11. PS-H05 奈米複合材料斷裂面的 SEM 顯微照片
凹坑狀結構
少數單獨的 HNTs分 別 位 於 PS 和HNTs 之間的中心和裂紋形成的界面。由此指出,有一疏密力作用在 PS 基材上好遠離 HNTs 。
直立的 HNT- 端指出抽出 HNT 是主要的斷裂活動。光滑的 HNT 表面證實了 HNT 和 PS 之間的黏合力不是很強
總結, PS/HNT 奈米複合材料增韌事件順序可看出
(1) 內置在 HNT周邊的疏密應力場導致應力集中在嵌入 式奈米管(2) 在奈米管與相鄰 HNTs架橋連接的大面積地方尖端有 大量裂紋產生(3)有穩定的裂紋,由於黏著力很弱,在奈米管被拉出和 PS-HNT界面的局部化產生剪切,進一步在 HNT-PS 界面裝載啟動剝落汽蝕(4) 在相鄰 HNTs 之間, PS 韌帶產生塑性變形,導致在斷 裂面上有大量的凹坑
此外, PS/HNT 奈米複合材料含有 5wt.%HNTs與排列整齊的 PS相比,有改善衝擊強度達 300% 。這是第一個例子使用無機的填料增韌脆性高分子聚合物。
HNTs 藉由乳化聚合以苯乙烯存在於 HNTs中製備具有良好分散力的 PS/HNT 奈米複合材料。
PS/HNT 奈米複合材料可改善熱穩定性和提高機械性能。
[1] E. Joussein, S. Petit, J. Churchman, B. Theng, D. Righi, B. Delvaux, Clay Miner. 40(2005) 383.[2] B. Singh, Clays Clay Miner 44 (1996) 191.[3] Applied Minerals Inc., New York, <http://appliedminerals.com/docs/applied-minerals-dragonite-tm.pdf>.[4] S. Deng, J. Zhang, L. Ye, J. Wu, Polymer 49 (2008) 5119.[5] Y. Ye, H. Chen, J. Wu, L. Ye, Polymer 48 (2007) 6426.[6] S. Deng, J. Zhang, L. Ye, Compos. Sci. Technol. 69 (2009) 2497.[7] U.A. Handge, K. Hedicke-Höchstötter, V. Altstädt, Polymer 51 (2010) 2690.[8] K. Hedicke-Höchstötter, G.T. Lim, V. Altstädt, Compos. Sci. Technol. 69 (2009)330.[9] B. Guo, F. Chen, Y. Lei, X. Liu, J. Wan, D. Jia, Appl. Surf. Sci. 255 (2009) 7329.[10] S. Rooj, A. Das, V. Thakur, R.N. Mahaling, A.K. Bhowmick, G. Heinrich, Mater.Des. 31 (2010) 2151.
[11] C.B. Bucknall, Toughened Plastics, Applied Science Publishers, London, 1977.[12] H. Keskkula, M. Schwarz, D.R. Paul, Polymer 27 (1968) 211.[13] M.U. Khan, V.G. Gomes, I.S. Altarawneh, Carbon 48 (2010) 2925.[14] S. Tanoue, L.A. Utracki, A. Garcia-Rejon, J. Tatibouët, M.R. Kamal, Polym. Eng.Sci. 45 (2005) 827.[15] B. Ou, D. Li, Sci. China, Ser. B: Chem. 50 (2007) 385.[16] T.H. Zhou, W.H. Ruan, M.Z. Rong, M.Q. Zhang, Y.L. Mai, Adv. Mater. 19 (2007)2667.[17] D. Qian, E.C. Dickey, R. Andrews, T. Rantell, Appl. Phys. Lett. 76 (2000) 2868.[18] K.M. Ng, Y.T.R. Lau, C.M. Chan, L.T. Weng, J.S. Wu, Surf. Interface Anal. 43(2010) 795.[19] M. Zhao, P. Liu, J. Therm. Anal. Calorim. 94 (2008) 103.[20] M. Du, B. Guo, D. Jia, Eur. Polym. J. 42 (2006) 1362.
[21] T. Kashiwagi, E. Grulke, J. Hilding, R. Harris, W. Awad, J. Douglas, Macromol.Rapid Commun. 23 (2002) 761.[22] J. Zhu, F.M. Uhl, A.B. Morgan, C.A. Wilkie, Chem. Mater. 13 (2001) 4649.[23] J.A. Torres, P.F. Nealey, J.J. de Pablo, Phys. Rev. Lett. 85 (2000) 3221.[24] A. Bansal, H. Yang, C. Li, K. Cho, B.C. Benicewicz, S.K. Kumar, L.S. Schadler, Nat.Mater. 4 (2005) 693.[25] P. Rittigstein, R.D. Priestley, L.J. Broadbelt, J.M. Torkelson, Nat. Mater. 6 (2007)278.[26] S.N. Maiti, P.K. Mahapatro, J. Appl. Polymer Sci. 42 (1991) 3101.[27] M.N. Bureau, J.I. Dickson, J. Denault, J. Mater. Sci. 33 (1998) 1405.[28] M.N. Bureau, J. Denault, J.I. Dickson, J. Mater. Sci. Lett. 20 (2001) 1901.Y. Lin et al. / Journal of Colloid and Interface Science 358 (2011) 423–429