咪唑基阳离子在蒙脱土层间吸附方式对聚丙烯/蒙脱土复合材料性能的影响

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采用1-十八烷基-3-甲基氯化咪唑([C<,18>mim]C1)分别在甲苯和水中对蒙脱土进行有机化,并用热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、差热分析(DSC)等手段对修饰过的蒙脱土结构与性能进行表征,分析有机土层间微环境的变化趋势,并通过XRD和透射电子显微镜(TEM)等手段研究了有机蒙脱土层间微环境对聚丙烯(PP)链插层过程的影响。结果表明,PP在有机化蒙脱土层间的插层不仅与有机土层间距有关,还受层间微环境,如极性,[C<,18>mim]<+>在层间的吸附方式等因素的影响。在此结果的基础上建立了三种有机土层间吸附模型,同时利用这三个模型解释了有机化蒙脱土层间状态对PP插层过程的影响。 此外,不同层间微环境的有机土和聚丙烯复合所得材料的性能也得到了研究。力学性能方面,和纯PP相比实现了增强增韧,其拉伸、弯曲和冲击强度都得到了明显提高。不同层间微环境的有机土/聚丙烯复合材料之间的性能有明显差别,并研究了其动态力学性能。同时,应用偏光显微镜对其球晶进行了观察,发现小分子在有机土层间的吸附状态对聚丙烯的球晶形态有较大影响。不同吸附状态的有机土在高聚物中所起的阻燃作用差别不大,但其对在高分子中相结构稳定性有很大影响。和纯聚丙烯相比其起始分解温度都有很大提高,但各复合材料间的区别并不是很明显。 利用XRD、TEM,分别表征了在甲苯和水中经[C<,18>mim]Cl修饰的有机土对聚丙烯链插层过程的影响。结果表明,甲苯中处理的有机土比较有利于插层,有机土主要以剥离的形式存在于聚丙烯基体中,而水中处理的有机土主要以插层结构存在。且甲苯中处理的有机土和聚丙烯复合所得材料的耐热性能相对比较高,在此基础上建立了两种有机土的层间吸附模型,并对插层过程进行了阐述。 1-十八烷基-3-甲基氯化咪唑修饰的蒙脱土/聚丙烯复合材料的耐老化性能也得到了研究。结果表明,老化前复合材料与纯PP相比,拉伸性能、弯曲性能均有所改善,分别提高了7.3%和17.5%;冲击性能提高明显,增幅达54%。并将其与十六烷基溴化铵修饰的蒙脱土/聚丙烯复合材料进行了耐老化性能比较,经4个周期(5天为一周期)的老化后,两类复合材料弯曲性能和冲击性能保持率都比较高,经咪唑离子液体修饰的蒙脱土/聚丙烯复合材料性能在本老化实验过程中部分性能得到了改善,前者拉伸老化系数为0.98,高于后者的0.96;质量变化都很小,颜色均无明显加深。说明该离子液体修饰的蒙脱土/聚丙烯复合材料不仅有很好的力学性能,耐热老化性能也很优异。
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