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有机累托石/聚合物熔融插层纳米复合材料的研究

马晓燕  
【摘要】:累托石(REC)是一种具有1∶1类蒙皂石与类云母间层结构的粘土矿物,其层间含有可交换的水合阳离子,层间距为2nm左右。这种独特的结构组成使其既继承了蒙脱土(MMT)的吸水膨胀性、阳离子交换性,又具有较大的层间域,成为为数不多的易于在水中解离的又一种粘土矿物。由于REC的开发较晚,几乎未在高新技术领域中应用,所以研究累托石的有机改性及其聚合物/粘土纳米复合材料的制备、结构与性能,对提高REC的附加值,丰富粘土改性聚合物领域的基础理论、推广粘土改性聚合物的应用具有重要意义。 本论文选用两种季铵盐及一种有机胺为REC的有机改性试剂,通过阳离子交换反应制备有机累托石(OREC),选择聚合物中应用广泛的热塑性树脂如极性聚氨酯弹性体(TPUR)、非极性结晶型聚丙烯(PP)及弹性体改性的聚丙烯共混体系(POE/PP)为研究对象,通过熔融共混的方法制备了OREC/TPUR、OREC/PP(PR体系)及OREC/POE/PP(PRE体系)纳米复合材料;采用X—射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等手段表征了复合材料的结构;毛细管流变仪表征了复合材料的熔体流变性、差示扫描量热仪(DSC)研究了PP及各种改性体系的结晶动力学、偏光显微镜及广角X—射线衍射(WXRD)研究了结晶形貌;最后测试复合材料的静态力学性能、动态力学性能(DMA)、热稳定性、耐油及耐空气老化性等。 研究结果发现有机季铵盐、二元胺等可与REC发生阳离子交换反应得到层间距较大并易于在有机介质中分散的OREC;OREC可以与TPUR、PP及POE/PP进行直接熔融共混得到插层纳米复合材料;聚合物极性越强,OREC的用量越少,插层效果越好。熔体流变性研究表明,几种聚合物及改性聚合物均属于假塑性流体,OREC改性的极性TPUR体系熔体表观粘度比纯TPUR大,流变性差;而非极性PR体系的表观粘度比纯PP小,流动性好;PRE体系的表观粘度较相应二元POE/PP体系大。PR及PRE体系的结晶性能研究表明,粘土可以成为聚合物的结晶成核剂,加快聚丙烯的结晶速率,细化结晶微粒,但不改变PP的结晶晶型,并对聚丙烯的结晶度影响不


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