论文部分内容阅读
与传统的复合材料相比,聚合物/蒙脱土纳米复合材料具有优越的性能。当蒙脱土片层均匀的剥离在聚合物基体中时,材料性能的提高尤为明显,例如在力学性能、气体阻隔性能、热稳定性能,以及阻燃性能等方面均有显著提高。因此制备剥离型纳米复合材料成为人们研究的焦点。其中熔融法制备剥离型纳米复合材料受到广泛的关注,因为熔融法具有投资低、见效快而且对周围环境没有污染等优点。熔融法制备剥离型纳米复合材料的关键是明确蒙脱土的剥离机理,从而能够选择合理的蒙脱土改性方法以及正确的加工工艺。目前研究表明聚合物的分子扩散以及剪切作用是实现蒙脱土剥离的主要途径,但在不同的聚合物体系中,蒙脱土的剥离会有所不同。因此本文通过表征蒙脱土的剥离过程研究了有机改性蒙脱土在不同的聚合物基体中的剥离机理,以及影响剥离的主要因素。并研究了复合材料微观结构的变化对材料性能的影响。
1.表征了有机改性土在强极性基体尼龙12中剥离过程,发现尼龙12分子的扩散作用主要发生在混合初期,之后扩散作用变的很微弱,而蒙脱土的片层主要是在剪切力的作用下发生滑移,从而使片层之间发生分离,最终实现剥离。发生在混合初期的分子扩散降低了片层之间的相互作用,并增强了聚合物与蒙脱土片层之间的相互作用,促进了片层的滑移。尼龙12与改性土之间较强的相互作用确保了聚合物提供的剪切力能够较好的被传递到蒙脱土片层上。
2.研究发现虽然聚氨酯与尼龙12具有类似的官能团,但却很难直接将烷基铵盐改性蒙脱土剥离,笔者使用了两种方法制备剥离型聚氨酯纳米复合材料。首先使用带有羟基的表面活性剂改性的有机改性土,制备了剥离型的聚氨酯纳米复合材料。并发现此种改性土的剥离机理与尼龙12体系中的机理相同,也是通过片层的滑移实现蒙脱土的剥离,而改性剂上的羟基增强了改性土片层与聚合物之间的相互作用,使得聚合物的剪切力更好的传递到蒙脱土片层使其剥离。
另外笔者将聚丙烯接枝马来酸酐(PPMA)引入到聚氨酯体系中,使得烷基胺改性蒙脱土能够剥离在聚氨酯体系中。当PPMA与改性土预先混合时,PPMA分子能够有效的插入到蒙脱土层间,获得较大的层间距,从而降低了蒙脱土片层间的相互作用,使得蒙脱土的片层在剪切力的作用下能够更容易被剥离。PPMA与聚氨酯之间较强的相互作用保证了聚氨酯基体提供的剪切力能较好的作用在蒙脱土片层上。
3.研究了有机改性蒙脱土在弱极性基体聚丙烯接枝马来酸酐(PPMA)中的剥离机理,发现PPMA分子能够迅速的进入到蒙脱土层间,获得较大的层间距使蒙脱土实现剥离。这是由于PPMA分子链上的极性基团能够与改性土相互作用使聚合物分子能够进入层间,同时较长的疏水链段能够排斥蒙脱土的片层将其推开从而获得剥离结构。但片层的均匀分散还要借助一定的剪切场作用。
4.研究了有机改性土在非极性基体聚丙烯中的剥离,由于聚丙烯分子中不含有极性基团,与蒙脱土的相容性较差,因此改性土不能分散在聚丙烯体系中。需要加入增容剂PPMA来提高改性土与聚丙烯之间的相容性,使得聚丙烯分子能够插入到蒙脱土层间,并在剪切场作用下实现部分剥离。酸酐含量较少的PPMA与聚丙烯具有较好的相容性,因此更好的促进了蒙脱土在聚丙烯基体中的分散。