论文部分内容阅读
聚合物/黏土纳米复合材料(polymer/clay nanocomposites, PNCs)由于具有良好的气体阻隔性及力学性能,在食品及药品包装领域具有潜在的应用前景。黏土分散状态对PNCs性能的影响非常显著。本文选取有机改性蒙脱土(organicmontmorillonite, OMMT)与无规共聚聚丙烯(ethylene-propylene random copolymer, PPR)复合,通过考察增容剂和增韧剂对OMMT分散程度及分布位置和PNCs’性能的影响,探究PNCs’性能调控手段。选取具有不同分子结构特性的增容剂,采用二次熔融挤出工艺制备了PPR/OMMT纳米复合材料(PPRMNCs),发现增容剂类型显著影响OMMT分散程度和分布位置。聚丙烯(polypropylene, PP)马来酸酐(maleic anhydride,MA)接枝物(PP-g-MA)对OMMT插层作用较强,使OMMT直接分散于PPR中;乙烯-辛烯嵌段共聚物(ethylene-octylene block copolymer, POE)马来酸酐接枝物(POE-g-MA)和氢化苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer, SEBS)马来酸酐接枝物(SEBS-g-MA)对OMMT黏附性较强,OMMT优先被其插层和部分剥离并包裹,形成“核-壳”结构而分散于PPR相。OMMT分散状态与含量对PPRNCs熔融温度(Tm)影响甚微,却对结晶度(Xc)影响显著。OMMT分散状态明显影响PPRMNCs杨氏模量与断裂性能。在一定增容剂/OMMT配比下,综合性能最佳的PNCs对应着一个最佳的OMMT加入量。增韧剂SEBS的引入,使OMMT分散更均匀,分散尺寸更小。OMMT优先被SEBS和弹性体增容剂所插层和部分剥离,形成“核-壳”结构而分散于SEBS中。采用PP-g-MA增容时,OMMT被增容剂、PPR和SEBS三者所插层,分散于SEBS中。进一步研究发现,增容剂与基体相容性愈好,动态力学行为变化愈明显;OMMT剥离分散程度愈高,动态热力学行为变化愈弱,而热氧化稳定性和冲击性能愈佳,储能模量G’和复数黏度η*提高愈明显,临界剪切速率γ降低和剪切变稀愈明显。SEBS不影响PPRNCs的Tm和结晶温度(Tc),仅轻微影响PP晶体结构。OMMT插层分散在PPR基体或PPR-SEBS相界面时,可显著提高热稳定性和刚性,明显降低冲击强度。联合使用SEBS和POE-g-MA时,OMMT以剥离分散为主,刚韧平衡、延展性优异、冲击性能卓越。通过考察挤出加工温度、OMMT改性剂类型、增容剂/OMMT比例、OMMT加量、增容剂类型和加工工艺等对OMMT分散状态、结晶行为、热稳定性、机械性能和熔体流变行为的影响,进一步探讨了OMMT的分散及分布机制,发现较低加工温度更利于OMMT均匀分散和剥离,而增容剂类型及其与PPR基体的相容性对OMMT分散程度及分布位置起决定作用。以SEBS-g-MA为增容剂,采用两步法工艺制得的PPR/SEBS/OMMT纳米复合材料(PPRSMNCs)的热稳定性和熔体类固体行为随OMMT含量增加而增加,Xc则与OMMT含量呈正比,与增容剂添加量成反比;采用一步法工艺制得的高填充PPRMNCs中,OMMT以剥离分散为主,经二次熔融稀释加工后却出现再次层叠和聚集。采用双料熔融切割叠加共挤出方法,制备了iPP-PPRSMNCs交替多层复合材料,考察了结晶和动态热力学行为,发现随着切割叠加层数增加和层厚减小,储能模量E′和松弛模量E″逐渐增大,PPRSMNCs的结晶逐渐受到抑制,iPP的结晶作用逐渐增强并在切割层数达到16层时最强。与横向拉伸相比,竖向拉伸可明显提高iPP-PPRSMNCs的E′和E″,对a和β松弛的影响则与之类似。