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《东华大学》 2008年
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聚酰胺/黏土纳米复合材料的研究

苏泉声  
【摘要】: 聚酰胺/黏土纳米复合材料(PACN)是最早为人们所认知的聚合物/黏土纳米复合材料,无论是在学术研究还是在产业化开发应用都已经取得了很大的进展,但仍然有很多理论和应用上的问题需要解决。本论文采用熔体共混法制备了聚酰胺/有机蒙脱石纳米复合材料,研究了它们的环境稳定性(光热氧化和燃烧性能)、与聚烯烃的共混、蒙脱石在基体中的分散分布以及树脂结晶行为。这些研究结果对于聚酰胺/蒙脱石纳米复合材料理论上的进一步深度研究以及广泛的应用开发有着重要的指导意义。 1.聚酰胺6/蒙脱石(PA6/OMMT)纳米复合材料的光氧化。考察了PA6/黏土纳米复合材料与纯PA6薄膜样品在紫外光照下的老化行为,发现PA6/黏土纳米复合材料的紫外光氧化速率要快于纯PA6。这可能是由于蒙脱石自身或蒙脱石有机处理使用的烷基季铵盐引起的,也有可能是材料纳米结构本身的原因。 2.聚丙烯/聚酰胺6/有机黏土三组分熔融共混体系的界面相互作用。设计了一种界面共混实验以有机黏土存在下聚丙烯(PP)和聚酰胺6(PA6)的熔融共混。研究发现在PP、PA6、有机黏土三者之间存在着较强的相互作用,共混过程中黏土在界面区域富集,使PP和PA6的分子链在界面区域形成相互交织的结构,促进聚合物分子的界面扩散,同时起到界面相容剂的作用,导致PA6分散相的尺寸减小,在PP连续相基体中的分散得到改善。 3.有机蒙脱石在聚酰胺66/黏土纳米复合材料的分散与分布状态。研究发现有机蒙脱石OMMT片层可以在PA66基体中剥离,但剥离后的纳米黏土片层并不是完全无规分布在聚酰胺66基体中。在注射样条表面附近区域,蒙脱石片层沿着熔体流动方向发生取向,取向层的厚度在1.5~2 mm之间。而在样条的本体区域,蒙脱石片层则围绕熔体流动方向旋转,在垂直于熔体流动方向表现为无规分布状态,但片层表面则平行于熔体流动方向。 4.聚酰胺66/黏土纳米复合材料中聚酰胺66的结晶动力学。采用熔融插层法制备了不同有机蒙脱石含量的PA66/OMMT纳米复合材料并研究了其等温和非等温结晶行为。结果表明,蒙脱石起到结晶成核剂的作用,它的引入提高了PA66的结晶速率,但也提高了PA66的结晶活化能;发现该纳米复合材料在228℃~234℃范围内结晶对温度不敏感;对非等温结晶过程分析,Ozawa方程不太适用,而应用刘结平—莫志深方程可以得到良好的结果。 5.聚酰胺66/黏土纳米复合材料的热稳定性和燃烧性能。考察了PA66/黏土纳米复合材料和微观复合材料的热稳定性和阻燃性能。PA66/黏土复合材料的初始热分解温度有所降低,但热氧稳定性提高,热失重速率减小,这得益于黏土片层和材料表面形成炭层的阻隔作用。在燃烧实验中,PA66/黏土纳米复合材料的热释放速率显著的降低。使用SEM和ATR-IR技术表征分析了材料燃烧前表面形成的炭层,发现是一个连续致密的含硅类陶瓷表面,对热量和分解产物具有良好的阻碍作用。 6.所开发的技术在辽阳石化成功进行了工业化试验,建立了粘土改性和聚酰胺66/粘土纳米复合材料的千吨级规模示范线,制备了性能优异的改性聚酰胺树脂,并在家电、机械、汽车、采矿、石油输送和国家兵器等领域进行了推广应用。
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TB383.1

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