基于氟碳表面活性剂插层水滑石的聚酰亚胺纳米复合材料的制备与性能

doi:10.7503/cjcu20150443

高等学校化学学报 ›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (2): 403.doi: 10.7503/cjcu20150443

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基于氟碳表面活性剂插层水滑石的聚酰亚胺纳米复合材料的制备与性能

郭海泉^1,², 马晓野¹, 金日哲¹, 康传清¹, 邱雪鹏¹, 高连勋¹()

1. 中国科学院长春应用化学研究所, 高分子物理与化学国家重点实验室, 长春 130024
2. 中国科学院大学, 北京 100039

收稿日期:2015-06-05 出版日期:2016-02-10 发布日期:2019-08-06
作者简介:联系人简介: 高连勋, 男, 博士, 研究员, 主要从事不对称合成和聚酰亚胺研究. E-mail:lxgao@ciac.ac.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 51373164)和国家“九七三”计划项目(批准号: 2012AA03A211)资助

Preparation and Properties of Nanocomposites Based on Polyimide and Polyfluorinated Surfactant-pillared Layered Double Hydroxide^†

GUO Haiquan^1,², MA Xiaoye¹, JIN Rizhe¹, KANG Chuanqing¹, QIU Xuepeng¹, GAO Lianxun^1,^*()

1. State Key Laboratory of Polymer Physics and Chemistry, Changchun Institute of Applied Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130022, China
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China

Received:2015-06-05 Online:2016-02-10 Published:2019-08-06
Contact: GAO Lianxun E-mail:lxgao@ciac.ac.cn
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(Nos.51373164, 51233001) and the National High Technology Research and Development Program of China(No.2012AA03A211)

摘要/Abstract

摘要：

以氟碳表面活性剂全氟辛基磺酸钾为插层剂, 通过离子交换制备插层水滑石, 并以其为填料, 通过原位插层聚合方法, 制备了水滑石/氟碳表面活性剂/聚酰亚胺纳米复合材料. 用X射线衍射、红外光谱和热失重等方法分析插层水滑石结构. 结果表明, 全氟辛基磺酸钾插层水滑石后, 水滑石的层间距由0.76 nm增加到2.52 nm, 在水滑石层间构建了氟碳链的微环境. 这种氟化水滑石可剥离分散于聚酰亚胺基体中, 改善了纳米复合材料的气体阻隔性能、介电性能和机械性能. 这种影响不仅体现无机纳米片层的杂化效果, 而且展示出氟碳链的特点.

关键词: 氟碳表面活性剂, 水滑石, 聚酰亚胺, 纳米复合材料

Abstract:

Layered double hydroxide was modified with polyfluorinated surfactant via anion-exchange intercalation procedure. The nature of the interlayer anions, the morphology and the thermal stability of the fluorinated LDH(LDH-FS) were investigated by infrared spectrum, X-ray diffraction and thermogravimetry analysis. The interlayer space was expanded from 0.76 nm to 2.52 nm and the microenvironments with polyfluorinate phase were formed. LDH-FS based polyimide(PI) nanocomposites were prepared by the in situ polymerization and characterized. LDH-FS was well dispersed in the polyimide matrix. The gas barred, mechnical and dielectric properties of the LDH-FS/PI nanocomposites were synthetically effected by the exfoliated inorganic nanolayers and polyfluorocarbon chain.

Key words: Polyfluorinated surfactant, Layered double hydroxide, Polyimide, Nanocomposites

中图分类号:

O633

TrendMD:

郭海泉, 马晓野, 金日哲, 康传清, 邱雪鹏, 高连勋. 基于氟碳表面活性剂插层水滑石的聚酰亚胺纳米复合材料的制备与性能. 高等学校化学学报, 2016, 37(2): 403.

GUO Haiquan, MA Xiaoye, JIN Rizhe, KANG Chuanqing, QIU Xuepeng, GAO Lianxun. Preparation and Properties of Nanocomposites Based on Polyimide and Polyfluorinated Surfactant-pillared Layered Double Hydroxide^†. Chem. J. Chinese Universities, 2016, 37(2): 403.

图/表 11

Scheme 1 Preparation of LDH-FS/PI nanocomposites

Fig.1 XRD patterns of LDH-CO3(a) and LDH-FS(b)

Fig.2 FTIR spectra of LDH-CO3(a), LDH-FS(b) and FS(c)

Fig.3 TGA curves of LDH-CO3(a) and LDH-FS(b)

Fig.4 FTIR spectra of PI(a), 1LDH-FS/PI(b), 5LDH-FS/PI(c), 10LDH-FS/PI(d) and 15LDH-FS/PI(e)

Fig.5 XRD patterns of PI(a), 1LDH-FS/PI(b), 5LDH-FS/PI(c), 10LDH-FS/PI(d) and 15LDH-FS/PI(e)

Fig.6 SEM images of fracture surface from PI(A), 1LDH-FS/PI(B), 5LDH-FS/PI(C) and 15LDH-FS/PI(D)

Fig.7 Variation of O2 transmission rates with mass fraction of LDH-FS in PI

Fig.8 Variations of tensile strength(A), Young’s modulus(B) and elongation at break(C) with mass fraction of LDH-FS in PI

Fig.9 Variations of dielectric constant(A) and dielectric loss(B) with mass fraction of LDH-FS in PI at different frequency

Fig.10 TGA curves of PI(a), 1LDH-FS/PI(b), 5LDH-FS/PI(c), 10LDH-FS/PI(d) and 15LDH-FS/PI(e)

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