丁腈橡胶2f聚氯乙烯2f有机蒙脱土纳米复合材料的制备与研究

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1、青岛大学硕士学位论文PBT、三元尼龙、尼龙1010等几十种材料睁18】。这些纳米复合材料都在不同性能方面取得了不同程度的提高。1．2聚合物／蒙脱土纳米复合材料概述聚合物基纳米复合材料与常规的聚合物／无机填料复合体系不同，不是有机相与无机相的简单混合，而是两相在纳米尺寸范围内复合而成的。此复合材料将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、加工性及介电性能揉和在一起，从而产生许多特异的性能。在电子学、光学、机械、生物学等领域展现出广阔的应用前景【19】。聚合物基纳米复合材料因其分散相的高度精细化和纳米尺寸效应而具有与传统复合材料明显不同的力学性能和功能性能。其中聚合物／层状硅酸盐纳米

2、复合材料具有更为突出的优异性能，如高刚性、高强度、高阻隔、高阻燃性等【201。从FukushimaE211等首次成功制备了粘土／尼龙纳米复合材料【221以来，日本丰田中央研究所【231、美国康奈尔大学的Gi锄elis【241、密歇根大学以及中国科学院化学研究所等对此进行了广泛的研究，合成了各种聚合物／粘土纳米复合材料。这些聚合物包括：尼龙6、聚酰亚胺、环氧树脂、橡胶、聚氧化乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等几十种，其中有多种聚合物已经实现了一定的工业化生产。1．2．1聚合物／蒙脱土纳米复合材料的结构类型：根据蒙脱土在聚合物基体中的分散状态，可将其分为以下三类，其结构示意图如图1．1所示。(1)常规型

3、复合材料。在这类复合材料中，蒙脱土仍保持原有的聚集状态，聚合物基体并没有插层到蒙脱土的硅酸盐片层之间。在这种情况下，蒙脱土只能起到常规填料的作用。(2)插层型纳米复合材料。在此类纳米复合材料中，聚合物插层到蒙脱土的片层之间，使蒙脱土的硅酸盐片层间距增大，但是蒙脱土仍保持原有的层状有序晶体结构，而远程则是无序的。(3)剥离型纳米复合材料。这种结构是提高聚合物性能的最理想的蒙脱土分散形式，即蒙脱土的片层结构被聚合物所破坏，并均匀分散在聚合物基体中，实现了以纳米尺度与聚合物基体的混合，而且聚合物与蒙脱土之间有相当大的界面面积。与插层型纳米复合材料相比，蒙脱土的含量在剥离型纳米复合材料中，通常在很

4、低的情况下就可以使材料性能得到很明显的改善。4第一章文献综述曩．常规性复合材料b．插层型复合材料c．剥离型复合材料图1．1聚合物结构示意图1．2．2聚合物／蒙脱土纳米复合材料的制备方法：目前，国内外制备橡胶纳米复合材料的方法主要有4类：即插层复合法、溶胶．凝胶法(S01．Gel)、原位分散法和机械混炼法。此外，近年又开发出超声波制备方法。但是适用于橡胶／蒙脱土纳米复合材料的制备方法主要是插层法【251。插层法主要有单体预先插层(即原位聚合插层法)、溶液插层法、液体橡胶插层法、橡胶胶乳插层法、熔体插层法(即聚合物直接熔融嵌入法)、橡胶大分子本体接枝(BGIPN)插层法。(1)插层复合法插层复

5、合法是利用可膨胀的层状无机物作为主体，将单体或聚合物作为客体插进无机物的片层之间，将层间距撑大，并进一步破坏无机物的层状结构，使其剥离成单个的片层基本单元，从而实现无机物在聚合物机体中的纳米分散，制得纳米复合材料。插层复合法又可分为插层聚合法、聚合物溶液插层法、聚合物熔体插层法。先用末端为乙烯基的可进行二烯类聚合的季铵盐(如三甲基．甲基丙烯酸酯等1和引发剂。单体将在蒙脱土层间和周围发生原位聚合，层间距将随反应的进行逐渐加大，最终形成橡胶／蒙脱土纳米复合材料。也可以通过乳液聚合的方法，使单体在蒙脱土晶层的水分散体中进行乳液聚合，形成纳米嵌入复合材料。蒙脱土分散均匀，蒙脱土与橡胶的界面为化学键

6、结合，但此类反应复杂，且不易控制，易在实验室小规模试验，工业化的可能性不大。聚合物插层复合是由美国Comell大学Giannelis等人首先采用的一种新方法。在这种插层复合中聚合物熔体插层复合应用比较多如刘立敏[33】等通过熔体插层成功制备了尼龙6／层状硅酸盐纳米复合材料，尼龙6在90"C下经鼓风干燥12h后真空干燥6h。按配方将不同比例的层状硅酸盐和尼龙混合均匀后在双螺杆挤出机上挤出，造粒干燥后注射成标准样条进行测试。用X．射线衍射测试了层状硅酸盐片层插层前后层间距的变化。当层状硅酸盐含量为10．5％时，层状硅酸盐的衍射峰向小角方向移动，由插层前的5．70减d,N2．480，即层状硅酸盐

7、的片层间距由原来的1．55rim增加到3．68nm。用TEM观察了层状硅酸盐片层在尼龙中的分散，发现层状硅酸盐片层均匀分散在基体中，片层间距明显增大。层状硅酸盐含量为5青岛大学硕士学位论文4．2wt％时，复合材料的热变形温度由纯尼龙6的62℃升高到112℃，拉伸强度是尼龙6的1．35倍，弯曲强度提高了60％，弯曲模量提高了70％。应用这一方法也成功制备了PP／层状硅酸盐纳米复合材料、Epoxy／层状硅酸盐纳米复合材料等，