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尼龙6(PA6)作为一种多用途半结晶工程塑料,广泛应用于汽车、电子电气、工程构件、运动器材、纺织等领域,但是随着社会的不断发展,对尼龙材料的尺寸稳定性、热稳定性、力学性能等提出了更高的要求,改性尼龙材料的发展日益得到关注。常用的物理改性方法包括添加成核剂影响其结晶行为进而改善其综合性能、添加增强填料改善力学性能等。纤维素纳米晶体(CNC)具有有机纳米晶体结构,强度高、原料来源广且可再生,已逐渐成为新型纳米填料用于改性高分子材料。但是与其他纳米材料类似,纳米尺度效应会导致CNC作为填料添加到高分子基体材料中出现易团聚、两相界面作用力差的问题。为了获得高性能尼龙6材料,本论文针对尼龙6的化学结构,分别在尼龙6与CNC上设计引入了特定官能团,提高了 CNC的分散性及其与尼龙6的相互作用。主要研究工作分为两部分开展:(1)IPDI-CNC/PA6-CH2OH改性材料的制备。首先合成了 IPDI表面改性CNC作为PA6的成核剂,同时在PA6分子链上引入适量羟基,设计利用CNC和PA6之间的化学键连接,提高CNC和PA6间的相容性和界面作用力,从而充分发挥CNC的成核效果,实现对PA6结晶行为的有效调控。具体内容如下:通过在酸环境下甲醛活化PA6分子链中的-CONH-,将羟甲基接枝在PA6分子链上制备了羟甲基尼龙6(PA6-CH2OH),研究了磷酸、甲醛用量和反应时间对PA6-CH2OH接枝率的影响,并分析了接枝率对PA6-CH2OH的吸水率和力学性能的影响,确定了制备PA6-CH2OH的最佳配方和工艺,作为改性尼龙的基体。同时,利用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)中活性较大的-NCO与通过酸解棉纤维制备CNC的表面-OH反应,在IPDI表面引入了异氰酸酯基团,利用傅里叶红外光谱、热失重分析、透射电镜、元素分析、XRD等方法对产物结构进行表征。然后,采用溶液共混方法,将IPDI-CNC加入PA6-CH2OH得到改性PA6纳米复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)观察发现,IPDI-CNC可以均匀分散在PA6-CH2OH中并形成良好的界面。对PA6结晶行为、吸水率以及力学性能的研究表明,IPDI-CNC可以作为成核剂,有效地提高PA6的结晶度,加快结晶速度,改变PA6的晶体成核和生长机理,降低其吸水率,提高拉伸强度,但是会降低断裂伸长率。(2)PA6-LA/LA-CNC改性尼龙材料的制备。通过酯交换反应将长碳链引入CNC表面,同时在PA6分子链中引入长碳链侧链,使得CNC和PA6可以通过相近长链结构的物理缠结作用,在CNC和PA6间形成有机“缓冲层”,能够使改性尼龙材料同时具备增强、增韧的表现。具体内容如下:首先利用在NN-羰基二咪唑(CDI)的活化下十二烷酸(LA)和CNC表面-OH的酯交换反应制备了表面接枝十二烷酸的改性纤维素纳米晶(LA-CNC);同时通过PA6-CH2OH和LA的高温酯化反应制备了 LA改性PA6(PA6-LA);最后采用熔融共混法制备PA6-LA/LA-CNC纳米复合材料。对其力学性能的研究结果表明:分别对CNC和PA6通过十二烷酸改性后制备PA6-LA/LA-CNC纳米复合材料,可以显著地提高断裂伸长率,同时还可以提高其拉伸强度。