有機累托石-聚合物熔融插層納米復合材料的研究.pdf

1、累托石(REC)是一種具有1：1類蒙皂石與類云母間層結構的粘土礦物，其層間含有可交換的水合陽離子，層間距為2nm左右。這種獨特的結構組成使其既繼承了蒙脫土(MMT)的吸水膨脹性、陽離子交換性，又具有較大的層間域，成為為數(shù)不多的易于在水中解離的又一種粘土礦物。由于REC的開發(fā)較晚，幾乎未在高新技術領域中應用，所以研究累托石的有機改性及其聚合物/粘土納米復合材料的制備、結構與性能，對提高REC的附加值，豐富粘土改性聚合物領域的基礎理論、推廣

2、粘土改性聚合物的應用具有重要意義。 本論文選用兩種季銨鹽及一種有機胺為REC的有機改性試劑，通過陽離子交換反應制備有機累托石(OREC)，選擇聚合物中應用廣泛的熱塑性樹脂如極性聚氨酯彈性體(TPUR)、非極性結晶型聚丙烯(PP)及彈性體改性的聚丙烯共混體系(POE/PP)為研究對象，通過熔融共混的方法制備了OREC/TPUR、OREC/PP(PR體系)及OREC/POE/PP(PRE體系)納米復合材料；采用X-射線衍射(XRD)

3、、透射電鏡(TEM)等手段表征了復合材料的結構；毛細管流變儀表征了復合材料的熔體流變性、差示掃描量熱儀(DSC)研究了PP及各種改性體系的結晶動力學、偏光顯微鏡及廣角X-射線衍射(WXRD)研究了結晶形貌；最后測試復合材料的靜態(tài)力學性能、動態(tài)力學性能(DMA)、熱穩(wěn)定性、耐油及耐空氣老化性等。 研究結果發(fā)現(xiàn)有機季銨鹽、二元胺等可與REC發(fā)生陽離子交換反應得到層間距較大并易于在有機介質(zhì)中分散的OREC；OREC可以與TPUR、PP

4、及POE/PP進行直接熔融共混得到插層納米復合材料；聚合物極性越強，OREC的用量越少，插層效果越好。熔體流變性研究表明，幾種聚合物及改性聚合物均屬于假塑性流體，OREC改性的極性TPUR體系熔體表觀粘度比純TPUR大，流變性差；而非極性PR體系的表觀粘度比純PP小，流動性好；PRE體系的表觀粘度較相應二元POE/PP體系大。PR及PRE體系的結晶性能研究表明，粘土可以成為聚合物的結晶成核劑，加快聚丙烯的結晶速率，細化結晶微粒，但不改變

5、PP的結晶晶型，并對聚丙烯的結晶度影響不大。 改性體系的靜態(tài)力學性能研究表明，在OREC/TPUR體系中，OREC用量2phr時的拉伸強度均最高，5phr時的斷裂伸長率最大，這種性能與粘土的插層效果、復合材料的微相結構及組分間強烈的相界面作用有關；在PR體系中，粘土用量為2phr時復合材料拉伸強度、斷裂伸長率及沖擊強度最高，這種性能除了與粘土的插層效果有關外，還與體系中聚丙烯的結晶度及微晶大小有關；PRE體系中，OREC的加入對

6、POE/PP二元體系有協(xié)同補強增韌的作用，彈性體用量越多，補強增韌作用越強，這種作用除與粘土的插層作用、體系中聚丙烯的結晶性能有關外，還應與體系中彈性體顆粒大小及分布有關，具有良好插層效果及較高結晶度的復合材料體系具有較高強度，細化的聚丙烯結晶微粒、適當?shù)膹椥泽w顆粒及較寬的顆粒分布可以提供材料較高的韌性。DMA分析結果表明，納米復合材料體系具有較高的儲能模量，粘土添加量越高，體系的儲能模量越高，且極性改性體系OREC/TPUR儲能模量的