P(MMA-MA)/OMMT纳米复合材料的制备及其对PVC共混改性的研究

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聚氯乙烯(PVC)是世界五大通用塑料之一,具有优异的力学性能、耐化学试剂和耐燃性,应用相当广泛。但是PVC的耐热性和抗冲击性能较差,因此需要对PVC进行改性,以满足PVC的应用需求。由于聚合物/蒙脱土纳米复合材料比聚合物基体具有更加优异的力学性能、热性能、阻燃性能和尺寸稳定性,所以被广泛用于耐热增强材料,对聚合物基体进行改性。本论文通过原位乳液聚合法制备了有较好耐热性能的聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸甲酯)/有机化蒙脱土(P(MMA-MA)/OMMT)纳米复合材料,用其与PVC进行共混改性,以提高PVC的耐热性和抗冲击性能。本论文在氧化-还原引发体系下进行原位乳液插层共聚合,制备了P(MMA-MA)/OMMT纳米复合材料。通过分析制得乳液的稳定性及乳胶粒粒径,确定了最佳聚合工艺,包括最佳乳化剂浓度、引发剂浓度、反应温度等。结果表明:当乳化剂浓度为7%、引发剂浓度为0.3%和反应温度在60℃时,乳液中乳胶粒的粒径尺寸较小,且乳液稳定性很好。制得P(MMA-MA)/OMMT纳米复合材料之后,采用X-射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)表征了OMMT在纳米复合材料中的分散;用热失重(TGA)研究了复合材料的热稳定性;用裂解色谱-质谱(GPC-MS)来解释其热降解机理并且证实了其共聚结构确实已经产生。结果显示:OMMT部分插层部分剥离的纳米复合材料已经形成;纳米复合材料的热稳定性随着OMMT加入量的增加而提高,并且当OMMT的含量为5%时,其耐热性最好;但继续增加OMMT的用量会影响乳液的稳定性,反而使纳米复合材料的热稳定性降低。另外,第二单体MA的加入也会增加纳米复合材料的热稳定性,当MMA/MA共聚比为2:1,OMMT含量为5%时,所得纳米复合材料失重率为10%的失重温度比纯PMMA增加了48.3℃。将制得的P(MMA-MA)/OMMT纳米复合材料与聚氯乙烯(PVC)在双辊塑炼机上进行共混,制备了不同共混比的共混物。通过扫描电镜(SEM)分析了两相的相容性;用TGA测试表征了共混物的热性能;并通过拉伸、冲击试验和动态力学测试(DMA)表征了共混物的力学性能。结果发现:SEM观察到共混物材料为韧性断裂,两相共混效果较好且相容性很好;随着纳米复合材料添加量的增加,共混物的热性能逐渐增加并达到平衡。当纳米复合材料与PVC共混比达到20:100时,共混物的热性能达到最佳,比纯PVC在10%失重率的失重温度提高了17.4℃;共混材料的力学性能随纳米复合材料添加量的增加而增加,当纳米复合材料的添加量达30份时,材料力学性能达到最佳,其拉伸强度、杨氏模量和冲击强度分别比纯PVC提高了34.6%、75.4%和21.1%,之后随纳米复合材料添加量的增加,共混材料的力学性能开始下降。对共混材料的DMA测试分析发现,共混物的玻璃化转变温度(Tg)和储存模量(E′)均大于纯PVC的Tg和E′,但对于共混物来说,P(MMA-MA)/OMMT纳米复合材料添加量的增加对共混材料的Tg和损耗模量(E″)的影响较小,但储存模量(E′)有较大提高。本论文的创新性在于:①采用氧化还原引发体系,引发了MMA与MA在OMMT中的原位插层共聚合,制得了OMMT部分插层部分剥离的P(MMA-MA)/OMMT纳米复合材料。②将P(MMA-MA)/OMMT纳米复合材料与PVC进行共混,有效改善了PVC的耐热性和抗冲击性能。
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