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高密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的研究

徐钰珍  
【摘要】: 本文工作主要分为两部分,第一部分是聚乙烯接枝丙烯酸/蒙脱土纳米复合材料的制备、结构和性能的研究;第二部分为聚乙烯接枝硅烷偶联剂/蒙脱土纳米复合材料的制备、结构和性能的研究 1.聚乙烯接枝丙烯酸/蒙脱土纳米复合材料研究 首先用丙烯酸(AA)和高密度聚乙烯(HDPE)进行熔融接枝,得到了高接枝率和高接枝效率的高密度聚乙烯接枝丙烯酸(HDPE-g-AA),并用哈克流变仪、红外和元素分析研究了熔融接枝过程。在HDPE中只加过氧化二异丙苯(DCP)时,由于发生交联反应而使平衡扭矩明显增加,熔点和结晶度降低,加入AA后,AA与HDPE的接枝和HDPE自身的交联并存,前者对后者有抑制作用,从而使扭矩下降,熔点和结晶度部分恢复。此外,液体AA的加入大幅度降低了塑化阶段的最大扭矩。在熔融共混过程中,随AA含量的增加,接枝率逐渐变大,接枝效率逐渐变小。在AA含量低于10%时,接枝效率可以保持在80%以上;AA含量太多时易产生自聚,使接枝效率大幅度下降。 然后用十八烷基季胺盐处理过的钠基蒙脱土(MMT)分别与HDPE以及HDPE-g-AA熔融插层后制备了两种复合材料。采用XRD、SEM、TEM和DSC等实验手段对材料的结构和性能进行了表征和比较。研究结果表明:MMT在HDPE中不能达到纳米级分散,而在HDPE-g-AA中,MMT能以插层型利剥离型的结构存在,这主要是由于极性的丙烯酸接枝在HDPE上提高了后者的极性,而且能与MMT上的活性基团进行化学反应,从而提高了PE链进入MMT层间的可能性,使MMT在基体中达到纳米级分散。两种复合材料在力学性能上存在较大差异,对于HDPE-g-AA/MMT,随着MMT含量的增加,拉伸强度和杨氏模量都有所增加,而对于HDPE/MMT却降低。而且MMT的加入,降低了HDPE-g-AA的熔融温度和结晶度,这主要是因为剥离后的MMT在一定范围内限制了PE链的运动,从而降低了基体的结晶能力。而对于HDPE基体,MMT的加入并没有影响体系的熔融温度和结晶度。 2.聚乙烯接枝硅烷偶联剂/蒙脱土纳米复合材料研究 首先用乙烯基三乙氧基硅烷(YDH151)利HDPE进行熔融接枝,并用哈克流变仪、红外研究了熔融接枝过程。在HDPE中只加DCP时,由于发生交联反应而使平衡扭矩明显增 浙江大学硕士学位论文 加,熔点和结品度降低。加入YDH151后,YDH151与HDPE的接枝、交联和HDPE自身 的交联并存,接枝对交联有抑制作用,从而使扭矩下降,熔点和结品度部分恢复。此外, YDH151液体的加入大幅度降低了塑化阶段的最大扭矩。在熔融共混过程中,随YDH151 含量的增加,接枝率逐渐变大,接枝效率逐渐变小。但是由于YDH151与HDPE也会发生 交联,所以DCP的量不能过多,YDH151的量也在低于10%为宜,YDH151含量太多时接 枝效率大幅度一卜降。 接着用十八烷基季胺盐处理过的钠基蒙脱土分别与HDPE以及两种HDPE一物H151 熔融插层后制备了三种复合材料,研究了MMT和YDH151间的相互作用对分散和性能的 影响。红外结果表明MMT用一l接枝在HDPE上的YDH151有化学反应。XRD、SEM用一1 TEM 结果表明YDH151提高了MMT在HDPE中的剥离和分散,并且HDPE一YDH151(SPhr) /2 PllrMMT复合材料形成了较完善的交联网,MMT成为了类交联点的作用;因此它的力学 性能达到较高的值,断裂伸长率增加了29%,模量提高了32%;而再增加MMT的量,材 料的性能有所下降。对于SPhrYDH151体系,复合材料的断裂伸长率都有所下降,强度和模 量都有一定的提高。而对于HDPE/M MT,MMT发生团聚,没有出现插层和剥离情况,它 的力学性能均降低。由于HDPE一YDH 151和MMT片层间强的化学作用,以及YDH151 和HDPE间的交联阻碍了PE链的运动,从而降低了HDPE的结晶能力。而将MMT加入未 改性的HDPE后,熔融温度和熔融恰基本没发生变化。


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