原位乙酰化合成液晶高分子及其粘土纳米复合材料

【摘要】：本文采用原位乙酰化法,分别以对羟基苯甲酸(PHB)和对氨基苯甲酸(ABA)作为介晶基元与聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)进行熔融缩聚,合成了PBT/PHB热致液晶共聚酯和PBT/ABA热致液晶共聚酯酰胺。同时,采用原位乙酰化和熔体插层缩聚,制备了PBT40-PHB60热致液晶共聚酯(LCP)/ 蒙脱土(MMT)纳米复合材料。利用傅立叶红外吸收光谱、差示扫描量热分析、热重分析、热台偏光显微镜、原子力显微镜和小角X-射线衍射等手段对产物的结构和性质进行了表征。研究结果表明: 1) 采用原位乙酰化法代替预乙酰化法,一定程度上抑制了PHB或ABA均聚链的形成,PHB刚性基元含量为20-80mol%的PBT/PHB共聚酯、ABA刚性基元含量为15-40mol%的PBT/ABA共聚酯酰胺为向列型热致性液晶。PBT/PHB液晶共聚酯和PBT/ABA液晶共聚酯酰胺均存在双玻璃化现象(Tg1和Tg2),分别对应于共聚酯中富PBT相、富PHB或ABA相区中链段的运动;其中原位乙酰化法合成共聚物的Tg1和Tg2均低于采用预乙酰化法合成共聚物的玻璃化温度。介晶基元的引入,提高了PBT/PHB液晶共聚酯、PBT/ABA液晶共聚酯酰胺的热分解温度和残留率,提高了其热稳定性。与相同PHB含量的PBT/PHB液晶共聚酯相比,PBT/ABA共聚酯酰胺的热稳定性明显高于PBT/PHB液晶共聚酯。 2) 在原位乙酰化和熔体插层缩聚过程中,蒙脱土片层被完全剥离并均匀分散在聚合物基体中,形成了全剥离型的热致液晶共聚酯/蒙脱土纳米复合材料。热致液晶共聚酯/蒙脱土纳米复合材料表现出向列型液晶行为,剥离后的蒙脱土片层影响了共聚酯分子链的有序性,使其液晶微区缩小、纹影结构的向错点变得模糊。在液晶高分子链取向的诱导作用下,均匀分散的、剥离的蒙脱土片层沿剪切力场的方向取向排列。LCP/MMT纳米复合材料存在双熔融吸热峰、双结晶放热峰,分别对应于富PBT相和富PHB相区链段的熔融、结晶。由于蒙脱土与液晶共聚酯分子链之间存在强的相互作用,蒙脱土的加入,阻碍了液晶共聚酯分子链的运动和链的有序堆积,破坏了高分子链堆积的规整性,导致其熔点、结晶温度、结晶度降低。另一方面,蒙脱土起异相成核剂的作用,加快了LCP/MMT复合材料中链段相对柔顺的富PBT相的结晶速度;而富PHB相区的链段相对刚硬,蒙脱土对其 WP=4 异相成核的影响不大。此外,蒙脱土的引入,明显地提高了LCP/MMT纳米复合材料的热分解残留率。这些结果对进一步提高聚合物/蒙脱土纳米复合材料的力学性能、阻隔性能、阻燃性和耐烧蚀能具有特别重要的意义。