摘要
纳米粒子已被广泛应用于调节高分子材料的性能，可得到具有显著物理增强并具备不同功能的聚合物基纳米复合材料，从而满足先进工业应用中日益增长的需求。纳米粒子的表面能大，易团聚，故其在聚合物基体中的分散，尤其是在共混物基体中的分散和分布，会对材料力学性能的改善及其他功能的赋予产生显著影响。对纳米粒子进行原位接枝改性，将有利于其在基体中的均匀分散，而其在共混物基体中的选择性分布将更有助于复合材料性能的调控。因此，充分了解纳米粒子在共混物基体中的分散和分布对基体相行为的影响，可为高性能纳米复合材料的设计和制备提供一定的理论基础。 本文选用具有低临界共溶温度(LCST)的聚甲基丙烯酸甲酯/聚（苯乙烯-丙烯腈）共聚物（PMMA/SAN）共混物为基体，采用无皂乳液聚合在clay表面原位接枝PMMA分子链，考察具有不同接枝密度的改性粘土(Clay-g-PMMA)在PMMA/SAN共混物基体中的选择性分布以及对基体相行为的影响。借助透射电子显微镜(TEM)、动态流变法、调制差示扫描量热仪(MDSC)和接触角仪等来研究和分析不同接枝密度的改性Clay在基体中选择性分布的原因，并采用小角激光光散射(SALLS)和动态流变方法研究不同选择性分布的Clay对体系相行为的影响。研究表明: 通过调节引发剂用量，经原位乳液聚合可以得到不同接枝密度的改性粘土Clay-K0.2（较低接枝密度）和Clay-K1.2（较高接枝密度）。这两种粘土均能以部分插层和部分剥离结构均匀分散于均相共混物基体中。随着PMMA/SAN共混物相分离的进行，两种粘土并未选择性地迁移到PMMA富集相中，而发生了特殊的选择性分布情况。Clay-K0.2首先迁移至SAN富集相中且长时间滞留，经过长时间热处理才最终迁移至两相相界面处;而Clay-K1.2则从SAN富集相中迅速迁移至两相相界面处且稳定存在。而将接枝改性粘土分别分散于PMMA和SAN单组分基体中，发现改性粘土与SAN基体的相容性明显优于PMMA，呈现出更加均匀稳定的分散。MDSC结果也表明两种改性粘土和SAN基体可形成类固定化层，而与PMMA基体间则不存在类固定化层。因此，共混物基体相分离后改性粘土首先更倾向于分布在SAN富集相，经历热处理后才会在界面张力的作用下进一步迁移到两相相界面处。与Clay-K0.2相比，Clay-K1.2片层表面的PMMA包覆率较高，在基体中大多以剥离态结构存在，随着共混物基体的相分离，则更易于在界面张力的作用下从SAN富集相中迅速迁移至两相相界面处。 Clay-K0.2和Clay-K1.2随着基体的相分离发生不同的选择性分布，而两者对PMMA/SAN共混物体系相分离的影响也不相同。流变和光散射的结果均表明，Clay-K1.2对基体相分离的阻碍作用比Clay-K0.2更加明显。基体相分离初期即迁移并稳定存在于两相相界面处的Clay-K1.2严重堵塞两组分的扩散通路，并阻碍相分离后期相区的粗化，故在整个相分离过程中对阻碍体系相分离的作用尤为明显。而Clay-K0.2随着基体的相分离长期分布在SAN相，导致SAN富集相粘度的增大，其阻碍作用不如Clay-K1.2明显。 此外，对于改性粘土填充的三元复合体系，仍可通过时温等效叠加(TTS)原理和Williams-Landel-Ferry(WLF)方程描述其整个SD过程相分离行为对温度的依赖性，表明不同接枝密度的改性粘土虽然对基体的相分离具有不同阻碍作用，却并没有改变相分离过程中大分子链的粘性扩散本质。
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