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聚酰胺6/粘土纳米复合材料的制备与表征

王建华  
【摘要】:聚合物/粘土纳米复合材料既表现出粘土矿物优良的强度、尺寸稳定性和热稳定性,又具有聚合物的断裂性能、可加工性和良好的塑性。 本文研究了用一步插层原位聚合法制备聚酰胺6(PA6)/粘土纳米复合材料的工艺条件,对所合成的复合材料的性能进行了详细地表征。实验中选用阳离子交换能力为90~120mmol/100g、蒙脱土含量≥60%的粘土。通过对粘土处理前后的红外和XRD分析可知处理土中有强烈的亚甲基伸缩振动特征峰,表明粘土层间已插入有机化合物而成为了有机化粘土。通过使用水和助分散剂D对粘土进行处理后,以C为主有机化剂、以B为辅助有机化剂,A为质子化剂,可通过机械除水法除水90%以上。采用插层原位聚合技术于250~260℃常压聚合2~6小时,减压反应15~30分钟,不需加聚合催化剂。 PA6/粘土纳米复合材料是以γ型结晶为主的PA6,说明纳米粘土的加入使得聚合物的晶型发生了变化。制备的复合材料中粘土己剥离成纳米尺度并均匀分散在PA6基体中。该材料的DSC升温曲线具有熔融双峰,说明粘土在PA6中促进γ晶型生成的作用。而降温曲线表明粘土加入使得PA6的结晶温度提高,过冷度变小,结晶峰宽变窄,结晶度增大,说明粘土对于PA6的结晶起到了异相成核作用,从而提高了PA6结晶速率。力学性能测试结果表明纳米PA6比纯PA6有明显的提高。纳米PA6和纯PA6的流变行为表明它们都属于假塑性流体,前者的非牛顿指数小于后者,前者的表观粘度小于后者。粘土的加入使材料对氧气的透过率和吸水率降低,表明粘土的加入大大提高了材料的阻隔性能,同时还具有较好的阻燃效果。 本文还简介了纳米PA6在注塑制品、薄膜、纤维丝等方面的应用前景。


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