流场下外加粒子对不相容共混物分散相形态演变动力学影响的研究

在最近10余年，利用无机粒子来填充多组分高分子材料已经成为了制备低成本、高性能、功能化高分子材料的重要途径。但是，由于这类体系在微观结构上的复杂性和在有效研究手段上的缺乏，目前学术界对利用粒子实现共混物相结构调控的微观机理和材料性能优化的关键目标等方面存在较大的分歧和争论。. 本项目利用光学-剪切可视化技术、动态流变等在线研究手段，系统研究了不同特性的SiO2纳米粒子对PA6/PS、PIB/PDMS、PS/PMMA、PBT/PS等高分子共混物模型体系粘弹特性、界面性质及结晶行为等性质的改变对共混体系在静态及流场条件下微观结构形成机理、演变及流变行为的规律等方面的影响。研究表明，共混复合体系的形态演变和流变响应与SiO2粒子含量和表面化学性质密切相关。在线模型实验表明，SiO2纳米粒子对体系粘弹的增强和界面张力的降低可抑制分散相的粗化和断裂等动力学过程、提高体系在退火及剪切流场下的结构稳定性，其相对贡献与SiO2纳米粒子的含量密切相关；在流场条件下，疏水性粒子抑制分散相凝聚而亲水性粒子主要抑制分散相破碎，两者都可以扩大共混物的形态迟滞区。该结果对于在较宽的剪切范围内制备形态稳定均一的共混材料具有一定的理论指导意义；发现纳米粒子加入到结晶性微纤中以后可以通过诱发异相结晶，抑制分散相由于界面松弛而导致的破碎现象和在流场下由于异相结晶而导致的节状不稳定结构。这种新的粒子稳定形态机理于通过常规手段制备具有较高力学性质的原位复合材料提供了新的思路；此外，我们还发现具有特定表面性质的SiO2纳米粒子可以调控动力学不对称性的PS/PVME共混体系相结构，诱导快慢组分的动力学发生反转，使体系相分离结构从具有相反转特征的粘弹相分离网络转变为海岛结构，为利用无机粒子控制高分子共混物的相行为及结构提供了一条新的思路。. 本项目整体进展顺利，发展了基于光学-剪切和在线流变技术的实时结构演变表征方法并成功将其用于模型化体系的研究，获得了无机纳米粒子作用下共混复合体系微观结构的形成机理和动力学过程的认识，初步阐明了其结构演变动力学与实时流变行为之间的对应关系。研究成果可为具有预想微观结构及宏观性能的新型复合材料制备提供可靠的理论指导和实验依据。本项目共发表论文22篇（其中SCI检索论文13篇，会议论文4篇），申请中国发明专利1项，协助培养研究生9人（其中毕业6人，在读3人）