弹性体/蒙脱土纳米复合材料的制备及改性研究

【摘要】：本论文在国内外首次采用原位插层聚合法制备了PB、PI及SBR等橡胶/有机蒙脱土(OMMT)纳米复合材料(NC),采用溶液插层法和熔融插层法分别制备了SBS系列热塑性弹性体/OMMT NC,并对其结构与性能及其之间关系进行了系统地分析研究。 (1) 在国内外首次采用阴离子聚合方法实现了原位插层聚合制备PB、PI和SBR等通用橡胶/OMMT NC。对OMMT纯化方法、溶剂、蒙脱土种类及混合条件等因素对聚合反应的影响进行了研究,确定了适宜的纯化方法和反应条件。 采用XRD、TEM、FT-IR和H-NMR等分析仪器对制备的橡胶/OMMT NC的结构和形态进行了分析表征,结果表明,采用原位插层聚合法均可制备出剥离型橡胶/OMMT NC;并且加入OMMT明显改变了PB、PI橡胶的微观结构组成。 采用DSC、TGA和DMA等分析仪器对NC的热学性能和动态力学性能进行了考察,结果表明,NC的玻璃化转变温度T_g比纯聚合物明显提高,热稳定性、储能模量和损耗模量也有较大提高,而阻尼系数下降。 根据分析测试数据探讨了结构与性能之间的关系,并对三种橡胶/OMMT NC的结构与性能差别进行了比较研究,结果表明,SBR与OMMT、片层复合效果最佳、性能提高最显著,PB次之,PI最差。 (2) 在国内外首次采用溶液插层法制备出SBS系列热塑性弹性体/OMMT NC,对混合条件、蒙脱土种类和含量、聚合物品种和结构等因素对NC的结构和性能的影响进行了系统的研究,确定了适宜的混合时间。 采用XRD、TEM等分析仪器对制备的SBS热塑性弹性体/OMMT NC的结构和形态进行了分析表征,结果表明,采用溶液插层法制备出的NC主要为插层型结构。对于SBS系列,OMMT-DK1插层效果最佳,随着OMMT含量的增大,层间距减小;星型SBS插层效果优于线型SBS,插入OMMT、层间的SBS链主要为PS段。 采用TGA、DMA、万能材料试验机和电子拉伸仪等分析仪器对NC的热学性能、动态力学性能、力学性能和流变性能进行了考察。结果表明,纳米结构的形成对热塑性弹性体的性能产生显著影响,尤其是对星型SBS,在OMMT为5～8phr范围影响最为显著,在此范围内拉伸强度明显增加,比纯SBS可提高85.5%,而对线型SBS影响不大;NC 300%定伸强度明显提高,并随OMMT含量的增大而增大;断裂伸长率也明显增加,表明保持了热塑性弹性体的良好弹性;复合材料的储能模量和损耗模量显著增大,PS段T_g和