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热塑性树脂/蒙脱土纳米复合材料制备及性能研究

梁国栋  
【摘要】: 本文采用烷基季铵盐对Ca基蒙脱土进行有机化处理,使其成为有机蒙脱土(Org-MMT)。X射线衍射测试(XRD)表明,有机阳离子已同钙离子发生了交换作用,导致层间距增大。用插层复合法制备聚合物/蒙脱土纳米复合材料,研究聚合物/蒙脱土纳米复合材料的结构和性能。内容包括以下两个部分: 1.采用熔融插层法制备了聚丙烯/接枝物/蒙脱土纳米复合材料,通过XRD、TEM、POM和DSC研究了纳米复合材料的结构及结晶动力学,并测试其力学性能。研究发现: (1)XRD和TEM测试表明,通过熔融插层法,聚合物大分子链已经插层进入蒙脱土片层之间,形成插层型纳米复合材料。 (2)PP/PP-g-MAH/Org-MMT纳米复合材料在蒙脱土含量为2wt%,接枝物含量为10%时拉伸强度出现最大值,和纯PP相比,增加了13%。冲击强度和纯PP接近。 (3)偏光显微镜(POM)测试显示,纯PP球晶大而稀疏,形成完整的黑十字图形。PP/PP-g-MAH/Org-MMT纳米复合材料复合材料中PP的球晶明显细化。X射线衍射测试表明复合材料中聚丙烯111、130、040、041等晶面垂直于反射方向的微晶尺寸随PP-g-MAH含量增加先减小后增大,PP-g-MAH含量为20wt%时最小。 (4)用DSC研究其非等温结晶行为,用Jeziorny和Mo法进行处理。结果表明,Jeziorny和Mo法处理非等温结晶过程比较理想。PP/PP-g-MAH/Org-MMT纳米复合材料的Avrami指数n和F(T)分别大于纯PP的Avrami指数n和F(T)。蒙脱土和PP-g-MAH的加入改变了PP的成核和生长机理,起到了异相成核作用。 2.采用熔融插层法制备了聚乙烯/接枝物/蒙脱土纳米复合材料,通过XRD、TEM和DSC研究了PE/PE-g-MAH/Org-MMT纳米复合材料的结构及结晶动力学,并测试其力学性能。研究发现: (1)XRD和TEM测试表明,采用十八烷基氯化铵改性蒙脱土,通过熔融插层法,聚合物大分子链可以插层进入蒙脱土片层之间,形成剥离型纳米复合材料。 (2)XRD测试显示,采用长链季铵盐、溶液法和高密度聚乙烯可获得较好的插层效果。 (3)用DSC研究HDPE/PE-g-MAH/Org-MMT纳米复合材料非等温结晶行为,用Jeziorny和Mo法进行处理。结果表明,Jeziorny和Mo法处理非等温结晶过程比较理想。HDPE/PE-g-MAH/Org-MMT纳米复合材料的Avrami指数n和F(T)分别大于纯HDPE的Avrami指数n和F(T)。蒙脱土和PE-g-MAH的加入降低了PE的结晶活化能,起到了异相成核作用。


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