一锅法合成Janus纳米片及其对PS/TiO2复合材料的增容作用研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.10.002

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (10): 8-13.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.10.002

一锅法合成Janus纳米片及其对PS/TiO₂复合材料的增容作用研究

陈可昕, 陈舒宁, 林建荣()

福建师范大学化学与材料学院，福州 350108

收稿日期:2021-03-08 出版日期:2021-10-26 发布日期:2021-10-27
基金资助:
国家自然科学基金项目(51773038);福建省自然科学基金项目(2020J01150)

One Pot Synthesis of Janus Nanosheet and Its Compatibilizating Effect on PS/TiO₂ Composites

CHEN Kexin, CHEN Shuning, LIN Jianrong()

College of Chemistry and Materials Science，Fujian Normal University，Fuzhou 350108，China

Received:2021-03-08 Online:2021-10-26 Published:2021-10-27
Contact: LIN Jianrong E-mail:fjfzljr@163.com

摘要/Abstract

摘要：

利用一锅法合成了Janus纳米片（JNSs），通过扫描电子显微镜（SEM）、电致冷X射线能谱仪（EDS）、动态混合流变仪、动态力学热分析仪（DMA）和万能材料试验机等对JNSs的表面形貌和化学成分进行了表征，考察了JNSs对聚苯乙烯/二氧化钛（PS/TiO₂）共混体系流变性能的影响，以及JNSs对PS/TiO₂复合材料动态力学性能、力学性能、表观形貌的影响，并对JNSs对复合材料的界面增容作用机理进行了探讨分析。结果表明，JNSs两面的粗糙程度不同，粗糙凹面含有氨基，光滑凸面含有双键；JNSs用作PS/TiO₂共混体系的相容剂时，能够增强界面作用力，改善无机粒子和有机聚合物的相容性；含0.5 份（质量份，下同）JNSs的PS/TiO₂复合材料的玻璃化转变温度（T_g）从PS的100 ℃提高到了107 ℃；同时，JNSs在外力作用下沿力的方向取向需要耗散能量，使得其拉伸强度较PS/TiO₂提高了13.43 %，断裂伸长率由12 %增加到了18 %。

关键词: 雅努斯纳米片, 聚苯乙烯, 二氧化钛, 增容

Abstract:

Janus nanosheets （JNSs） were prepared through one?pot synthesis， and the surface morphology and chemical compositions were characterized using scanning electron microscope and electric cooling X-ray energy spectrometer. The effect of JNSs on the rheological， dynamic mechanical properties and mechanical properties of polystyrene（PS）/TiO₂ blends as well as their morphology were investigated using dynamic hybrid rheometer， dynamic mechanical thermal analyzer and universal material testing machine. The results indicated that the prepared JNSs showed different rough levels on their two sides. The rough concave and smooth convex surfaces were found to contain amino groups and double bonds， respectively. The JNSs can be used as a compatibilizer for the PS/TiO₂ blending system to enhance interfacial interaction， thus improving the compatibility between the inorganic particles and organic polymers. Compared to pure PS， the glass transition temperature of the PS/TiO₂ composites with 0.5 phr JNSs was increased from 100 to 107 °C. Owing to the enhancement of interfacial interaction， the JNSs can dissipate energy in the direction of the force under the action of external force， resulting in an increase in tensile strength by 13.43 %. The elongation at break also increased from 12 % to 18 %.

Key words: Janus nanosheet, polystyrene, titanium dioxide, compatibilization

中图分类号:

TQ325.2

陈可昕, 陈舒宁, 林建荣. 一锅法合成Janus纳米片及其对PS/TiO₂复合材料的增容作用研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(10): 8-13.

CHEN Kexin, CHEN Shuning, LIN Jianrong. One Pot Synthesis of Janus Nanosheet and Its Compatibilizating Effect on PS/TiO₂ Composites[J]. China Plastics, 2021, 35(10): 8-13.

图/表 8

图1 JNSs的 SEM照片和Mapping照片

Fig.1 SEM and Mapping photos of JNSs

图2 JNSs形成过程示意图

Fig.2 Schematic diagram of the formation of JNSs

图3 PS/TiO2/JNSs的η?r曲线

Fig.3 Fluid viscosity?shear rate curve of PS/TiO2/JNSs blend

图4 PS/TiO2/JNSs共混物的应力?应变曲线

Fig.4 Stress?strain curves of PS/TiO2/JNSs blend

图5 PS/TiO2/JNSs复合材料的DMA曲线

Fig.5 DMA curves of PS/TiO2/JNSs composites

图6 PS/TiO2/JNSs复合材料的拉伸性能

Fig.6 Tensile properties of PS/TiO2/JNSs composites

图7 PS/TiO2/JNSs复合材料脆断断面的SEM照片

Fig.7 SEM images of brittle fracture surface of PS/TiO2/JNSs composites

图8 JNSs对PS/TiO2复合材料的增容作用示意图

Fig.8 Schematic diagram of compatibilization effect of JNSs on PS/TiO2 composite

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