水滑石的結(jié)構(gòu)、組成調(diào)控及其對聚丙烯的誘導(dǎo)結(jié)晶作用研究.pdf

1、聚丙烯(PP)是一類綜合性能優(yōu)異的高分子材料，被廣泛應(yīng)用于食品加工、交通運輸、航空航天等諸多領(lǐng)域。但其結(jié)晶度較低，存在加工周期長、低溫容易脆裂、韌性不足等缺點，在一定程度上限制了其使用性能。通過在聚丙烯基質(zhì)中加入成核劑，可以顯著增加成核位點、提高成核及結(jié)晶速率、降低球晶尺寸，從而改善其力學(xué)性能。此外，成核劑的加入也會引起聚丙烯結(jié)晶方式以及結(jié)晶形態(tài)的變化，誘導(dǎo)生成不同晶型的聚丙烯，為調(diào)控聚丙烯的功能提供了極大空間。層狀雙金屬氫氧化物（簡稱

2、水滑石，LDHs）作為一類無機(jī)納米材料，具有層板金屬元素可調(diào)、層間陰離子可交換、形貌可調(diào)控等特點，被廣泛應(yīng)用于許多高分子材料中，以提高聚合物材料的熱穩(wěn)定性、阻燃性、氣體阻隔性能等。但是，將LDHs作為PP成核劑的研究鮮見報道，該領(lǐng)域主要有兩類問題亟需解決:(1)如何揭示LDHs作為成核劑對PP的成核/結(jié)晶機(jī)理的影響，為成核劑的設(shè)計和制備提供理論指導(dǎo);(2)如何通過調(diào)變LDHs的結(jié)構(gòu)和組成，實現(xiàn)對不同晶型PP的誘導(dǎo)結(jié)晶作用調(diào)控。為了解決以

3、上問題，本論文開展了如下工作:
　　1、MgAl-LDHs尺寸調(diào)控及其對α-PP的誘導(dǎo)結(jié)晶作用研究
　　采用水熱法和均相共沉淀法制備了兩種不同粒徑大小（納米尺寸和微米尺寸）的MgAl-LDHs，將其作為α-PP成核劑;利用溶液復(fù)合法制備了PP/LDHs復(fù)合材料（含納米、微米尺寸LDHs的復(fù)合材料分別命名為1-PPLx和2-PPLx，x為復(fù)合材料中LDHs的質(zhì)量百分比），研究了LDHs對α-PP的成核結(jié)晶作用。研究發(fā)現(xiàn):LDH

4、s作為無機(jī)成核劑，對α-PP具有促進(jìn)成核結(jié)晶的作用，其結(jié)晶峰溫度顯著提升（1-PPL5和2-PPL5分別提升8.5和12.1℃），等溫結(jié)晶速率明顯加快，且微米尺寸的LDHs對PP具有更加優(yōu)異的成核結(jié)晶作用。與前人報道的其它無機(jī)納米成核劑相比，微米尺寸LDHs對PP結(jié)晶峰溫度的提升作用更為顯著。通過Avrami動力學(xué)分析和Lauritzen-Hoffman理論，揭示了LDHs以異相成核方式誘導(dǎo)PP結(jié)晶，且大粒徑的LDHs可以更加顯著降低P

5、P的鏈端表面自由能以及臨界成核自由能。此外，隨著LDHs加入量的增加，PP的球晶密度變大、球晶尺寸顯著減小;對LDHs熱導(dǎo)率的測試表明LDHs與聚丙烯熱導(dǎo)率失配是誘導(dǎo)PP成核過程的關(guān)鍵因素。此外，LDHs的加入顯著改善了PP的熱穩(wěn)定性、氣體阻隔及阻燃性能，該類復(fù)合材料有望應(yīng)用于食品/藥物包裝及工程塑料領(lǐng)域。
　　2、PA@CaAl-LDHs復(fù)合型成核劑的制備及其對β-PP的誘導(dǎo)結(jié)晶作用研究
　　首先通過共沉淀法制備了CaAl

6、-LDHs，采用庚二酸(PA)對其表面進(jìn)行修飾，得到了PA@CaAl-LDHs復(fù)合型PP成核劑;采用溶液復(fù)合方式制備了PP/PA@CaAl-LDHs復(fù)合材料，研究了PA@CaAl-LDHs對PP的誘導(dǎo)結(jié)晶作用。研究發(fā)現(xiàn):PA@CaAl-LDHs不僅提高了α-PP的成核密度，減小了球晶尺寸，而且誘導(dǎo)出現(xiàn)一定比例的β晶型PP;作為對照樣品，CaAl-LDHs、PA及PA@MgAl-LDHs均不能誘導(dǎo)β-PP的結(jié)晶，說明LDHs的組成和表面特

7、性對誘導(dǎo)β-PP的結(jié)晶起到重要作用。相比于PA@MgAl-LDHs，PA@CaAl-LDHs更加顯著提升了α-PP的結(jié)晶溫度，并且α-PP的結(jié)晶速率更快。利用Turner-Jones公式計算出β-PP的相對含量隨著PA@CaAl-LDHs成核劑中PA比例的增加而增大。進(jìn)一步揭示了PA@CaAl-LDHs誘導(dǎo)β-PP的作用機(jī)制:PA修飾在CaAl-LDHs表面，與層板上的Ca2+發(fā)生了強(qiáng)相互作用;CaAl-LDHs促進(jìn)了α-PP的結(jié)晶，而