摘 要

本文采用机械力化学法制备GMA改性二氧化硅杂化粒子，通过甲醇滴定法对杂化粒子的疏水性进行表征，通过TEM，IR，TG-DSC等测试分析对GMA与二氧化硅的结合形式及接枝率进行表征。结果表明：二氧化硅在GMA单体中通过球磨后，杂化粒子测定的甲醇值最高能达到59.28，且从TEM图像中可以看到杂化粒子表面包覆有一层有机物，红外光谱图反映出杂化粒子中有机物与二氧化硅以氢键的形式结合,同时可能有部分以Si-O-C键的形式结合。而从TG-DSC曲线中，可得知在129.43℃时二氧化硅与有机物间的氢键发生断裂，且甲基丙烯酸在460.43℃时热分解导致失重，并且球磨5h时的失重率最大。因此我们认为球磨5h时二氧化硅表面接枝的GMA最多，其接枝率为1.7%。

将杂化粒子应用于环氧胶黏剂中，探究杂化粒子增强环氧胶黏剂的粘结特性及粘结机理。通过胶膜划格实验，拉拔实验对胶黏剂的粘结特性定性定量的分析表征，通过单搭接实验对胶黏剂的拉伸剪切强度进行表征，通过IR测试分析对胶黏剂的粘结机理进行表征。结果表明：通过杂化粒子增强的环氧胶黏剂对大多数材料的粘接性能均有所提高，其中对玻璃，铝板等难粘物的粘结性大幅提高，说明杂化粒子增强环氧胶黏剂对玻璃，铝板有粘结特性。而对钢铁的粘附力从原来的11.05MPa提高到26.13MPa，粘附力大幅提升。而杂化粒子增强环氧胶黏剂的拉伸剪切强度与原来相比变化很小，杂化粒子对其的影响不大。此外，红外光谱显示杂化粒子增强环氧胶黏剂中存在大量的羟基-OH并且还存在少量的羧基-COOH，这些能增强胶黏剂粘结能力的极性基团。

关键词：表面改性，有机无机杂化，机械力化学，二氧化硅，环氧胶黏剂

Abstract

In this paper,the GMA modified silica hybrid particles was prepared by Mechanochemical method. The hydrophobicity of the hybrid particles were characterized by methanol titration ,and the analysis of the combination and grafting rate of GMA and silica were characterized by TEM,IR,TG-DSC text.The results shows that the highest methanol value of hybrid particle can reach 59.28,and the surface of hybrid particle coated with a layer of organic matter in the TEM image after ball milling.Infrared spectrogram reflects that the organic matter and the silica is in the form of hydrogen bonds in the hybrid particles, and there may be some in the form of Si - O - C bonds.We learn from TG and DSC curve that the hydrogen bonds between the organic matter and silica ruptured at 129.43℃,and the methyl acrylic acid occurs thermal decomposition at 460.43 ℃ leading the weightlessness.And the weightlessness rate when the ball mills for 5h is the largest.So we think that the GMA which grafted to the silica surface is most when the ball mills for 5h , and the grafting rate is 1.7%.

We applied the hybrid particles to the epoxy adhesives, and explored the caking characteristics and bonding mechanism of the epoxy adhesives reinforced hybrid particle.Qualitative and quantitative analysis of adhesive bonding characteristics by the experiment lining on the glue film and the drawing experiment.And the tensile shear strength of the adhesive characterized by the single lap joint experiment. Then, the bonding mechanism of the adhesive were characterized by the IR test.The results shows that the bonding performance of epoxy adhesives reinforced hybrid particle are improved for most materials,in which caking characteristics for glass, aluminum and other things which is difficult to stick has a substantial increasing.It shows that epoxy adhesives reinforced hybrid particle has the specific caking characteristics for glass and aluminum.The adhesion of epoxy adhesives for steel increased from 11.05 MPa to 26.13 MPa,and the adhesion strength increased substantially.But the tensile shear strength of epoxy adhesives reinforced hybrid particle changed little compared with the original epoxy adhesives,showing that hybrid particles will have little impact on the tensile shear strength.In addition, there is a large number of hydroxy (-OH) and a small amount of carboxyl (-COOH) in the epoxy adhesives reinforced hybrid particle,which is polar group and can enhance adhesive bonding capacity.

Key Words:Surface modification;Organic inorganic hybrid;Mechanical force chemistry;Silica;Epoxy adhesives

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2二氧化硅改性方法 1

1.3机械力化学简介 2

1.3.1 机械力化学的发展史 2

1.3.2 机械力化学效应 3

1.3.3 机械力化学的应用 3

1.4 研究内容 4

第2章 GMA改性二氧化硅的制备及性能研究 6

2.1 前言 6

2.2 GMA改性二氧化硅的制备 6

2.2.1实验原料与仪器 6

2.2.2制备工艺流程 6

2.3 GMA改性二氧化硅的表征方法 7

2.3.1疏水性测试表征 7

2.3.2 透射电镜（TEM）测试表征 7

2.3.3 红外光谱测试表征 8

2.3.4热失重测试表征 8

2.4 GMA改性二氧化硅的测试结果分析 8

2.4.1 粉体材料的疏水性分析结果 8

2.4.2透射电镜（TEM）分析结果 9

2.4.3红外光谱（IR）分析结果 9

2.4.4热重分析结果 11

2.5本章结论 12

第3章 杂化粒子增强环氧胶黏剂的制备及性能研究 14

3.1前言 14

3.2杂化粒子增强环氧胶黏剂的制备 14

3.2.1 实验原料及仪器 14

3.2.2制备工艺流程 14

3.3环氧胶黏剂的表征方法 15

3.3.1胶膜的划格测试表征 15

3.3.2拉拔强度测试表征 15

3.3.3拉伸剪切强度测试表征 15

3.3.4红外光谱测试表征 15

3.4环氧胶黏剂的测试结果分析 15

3.4.1胶膜的划格测试结果分析 15

3.4.2拉拔测试实验结果分析 17

3.4.3拉伸剪切强度测试结果分析 18

3.4.4红外光谱分析结果 19

3.5 本章结论 20

第4章 结论与展望 21

参考文献 22

致 谢 24

第1章 绪论

1.1课题研究背景

随着科学的快速发展，单一性质材料已经不能满足社会的需求，材料的性能更多的趋向复合化、功能多面化，是以复合材料成为了现如今社会上热点的材料，而被越来越多的专家学者关注。近年来，复合材料中出现了一种新型研究开发领域---有机-无机杂化复合材料，这种材料既具有有机材料特性又具有无机材料特性，并能通过材料功能的复合，实现性能的优化与互补^[1]。复合材料中不仅每一个组分的机能决定其性质，同时，界面之间的相互作用以及两相的布局形态也决定了复合材料的性能。是以，要制备出具有优良性质的有机-无机杂化复合材料，就需要无机粒子与有机聚合物相容性良好，且两相之间界面结合紧密。但无机粒子与有机高分子的大的极性差别，导致无机粒子不能在有机高分子中平均散开，形成良好的界面。是以，需要对无机颗粒进行修饰。

无机粒子在高能球磨过程中，不仅形貌外观、粒径大小、晶型结构等发生变化，同时粒子因受到强的摩擦力而使活化能下降，导致化学键断裂，生成许多不饱和度较高的表面活化点。这些活化点很容易与活性有机单体发生反应，生成即具有有机特性又具有无机特性的杂化粒子。而且，杂化粒子因包含有机片段而使极性降低，从而与有机聚合物有良好的相容性。高速转动球磨过程中存在机械力化学效应，粒子受强力作用粉碎而产生活性，与有机活性单体发生反应。因此，掌握机械力化学效应在球磨过程中的反应机理，对于颗粒材料的改性探索具有重大的价值。