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聚丙烯(PP)是一类综合性能优异的高分子材料,被广泛应用于食品加工、交通运输、航空航天等诸多领域。但其结晶度较低,存在加工周期长、低温容易脆裂、韧性不足等缺点,在一定程度上限制了其使用性能。通过在聚丙烯基质中加入成核剂,可以显著增加成核位点、提高成核及结晶速率、降低球晶尺寸,从而改善其力学性能。此外,成核剂的加入也会引起聚丙烯结晶方式以及结晶形态的变化,诱导生成不同晶型的聚丙烯,为调控聚丙烯的功能提供了极大空间。层状双金属氢氧化物(简称水滑石,LDHs)作为一类无机纳米材料,具有层板金属元素可调、层间阴离子可交换、形貌可调控等特点,被广泛应用于许多高分子材料中,以提高聚合物材料的热稳定性、阻燃性、气体阻隔性能等。但是,将LDHs作为PP成核剂的研究鲜见报道,该领域主要有两类问题亟需解决:(1)如何揭示LDHs作为成核剂对PP的成核/结晶机理的影响,为成核剂的设计和制备提供理论指导;(2)如何通过调变LDHs的结构和组成,实现对不同晶型PP的诱导结晶作用调控。为了解决以上问题,本论文开展了如下工作:1、MgAl-LDHs尺寸调控及其对α-PP的诱导结晶作用研究采用水热法和均相共沉淀法制备了两种不同粒径大小(纳米尺寸和微米尺寸)的MgAl-LDHs,将其作为α-PP成核剂;利用溶液复合法制备了 PP/LDHs复合材料(含纳米、微米尺寸LDHs的复合材料分别命名为1-PPLx和2-PPLx,x为复合材料中LDHs的质量百分比),研究了 LDHs对α-PP的成核结晶作用。研究发现:LDHs作为无机成核剂,对α-PP具有促进成核结晶的作用,其结晶峰温度显著提升(1-PPL5和2-PPL5分别提升8.5和12.1 ℃C),等温结晶速率明显加快,且微米尺寸的LDHs对PP具有更加优异的成核结晶作用。与前人报道的其它无机纳米成核剂相比,微米尺寸LDHs对PP结晶峰温度的提升作用更为显著。通过Avrami动力学分析和Lauritzen-Hoffman理论,揭示了 LDHs以异相成核方式诱导PP结晶,且大粒径的LDHs可以更加显著降低PP的链端表面自由能以及临界成核自由能。此外,随着LDHs加入量的增加,PP的球晶密度变大、球晶尺寸显著减小;对LDHs热导率的测试表明LDHs与聚丙烯热导率失配是诱导PP成核过程的关键因素。此外,LDHs的加入显著改善了 PP的热稳定性、气体阻隔及阻燃性能,该类复合材料有望应用于食品/药物包装及工程塑料领域。2、PA@CaAl-LDHs复合型成核剂的制备及其对β-PP的诱导结晶作用研究首先通过共沉淀法制备了 CaAl-LDHs,采用庚二酸(PA)对其表面进行修饰,得到了 PA@CaAl-LDHs复合型PP成核剂;采用溶液复合方式制备了 PP/PA@CaAl-LDHs复合材料,研究了PA@CaAl-LDHs对PP的诱导结晶作用。研究发现:PA@CaAl-LDHs不仅提高了 α-PP的成核密度,减小了球晶尺寸,而且诱导出现一定比例的β晶型PP;作为对照样品,CaAl-LDHs、PA及PA@MgAl-LDHs均不能诱导β-PP的结晶,说明LDHs的组成和表面特性对诱导β-PP的结晶起到重要作用。相比于PA@MgAl-LDHs,PA@CaAl-LDHs更加显著提升了 α-PP的结晶温度,并且α-PP的结晶速率更快。利用Turner-Jones公式计算出β-PP的相对含量随着PA@CaAl-LDHs成核剂中PA比例的增加而增大。进一步揭示了 PA@CaAl-LDHs诱导β-PP的作用机制:PA修饰在CaAl-LDHs表面,与层板上的Ca2+发生了强相互作用;CaAl-LDHs促进了 α-PP的结晶,而PA则诱导生成了 β-PP,二者的协同作用导致PA@CaAl-LDHs同时表现出对α-PP的促进结晶和β-PP的诱导结晶作用。本工作为设计新型PP成核剂及其晶型调控提供了新思路,具有潜在的应用价值。