聚对苯二甲酸乙二酯蒙脱土纳米复合材料的制备及结构性能研究

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1、东华大学博士学位论文聚对苯二甲酸乙二酯／蒙脱土纳米复合材料的制备及结构性能研究摘要聚合物，层状硅酸盐纳米复合体系能大幅度提高材料的力学，耐热和气体阻隔等性能，有望成为制备高性能聚合物基复合材料的一种低成本，工艺简单的新方法。PET作为用量较大的一类通用塑料，如果能通过硅酸盐纳米复合大幅度提高其力学，耐热性能，结晶性能，将具有很大的实用价值和经济意义。因此PET／蒙脱土纳米复合材料的研究也备受关注。在PET／蒙脱土纳米复合材料的制备，结构和性能的表征等方面也有研究报道，而在熔融插层和分散机理，纳米复合材料的结构与性能及应用方面还缺乏深入研究。本文在文献综述的基

2、础上，主要以改性蒙脱土，和PET为原料，采用双螺杆挤出机进行共混，用熔融插层法制备了PET／蒙脱士插层复合材料。系统地研究了PET离聚物朦脱土的结构性能，并进行了PET／蒙脱±的增韧研究，最后以再生PET为原料，制备纳米复合材料应用于工程塑料和纤维纺丝材料，取得了以下主要研究结果。1．采用水溶液阳离子交换法，制备了不同的有机胺改性蒙脱土，用WAXD，FT-IR，TGA表征了插层效果。实验结果表明，小分子有机胺对蒙脱土插层作用较弱，层间距增大不明显；长链有机胺对蒙脱土有较好的插层作用，烷基链越长。处理后蒙脱土的片层间距越大，且双烷基有机胺比单烷基有机胺更有利于

3、插层结构形成；在所选有机处理剂中，双十八烷基二甲基氯化铵有机化蒙脱土插层效果最好。有机蒙脱土片层间距最大。2．采用聚合插层的方法制各了一系列SPET／蒙脱土纳米复合材料，比较了复合材料与纯SPET的热力学性能。结果表明，SIPM在2～8m01％范围内，随其含量的增加，逐渐改善了蒙脱±片层在SPET中分散；一S03Na与MMT片层的相互偶极作用便粘土层间距增大；硅酸盐对SPET的结晶具有异相成核作用，减弱了离子对的相互作用，大大提高了离子含量较高的SPET6M和SPET8M5的结晶性能；SPET／MMT纳米复合材料具有比纯SPET更好的热稳定性，这是由于蒙脱土

4、本身的高热稳定性，以及其二维层状结构阻碍了聚合物分子链的分解，提高了热分解温度。3．研究了蒙脱土对PET结晶性能，热稳定性和力学性能的影响。结果表明．用熔融共混法可制备插层型PET／蒙脱土纳米复合材料，且当有机蒙脱土含量为1％时，有较好的插层效果；有机蒙脱土的加入改善了PET的结晶性能。蒙脱土在PET基体中起到了结晶成核剂的东华大学博士学位论文作用．熔体结晶温度、结晶速率明显提高：有机蒙脱土的加入提高了PET的热稳定性。蒙脱土的片层结构会阻止PET分解时产生的小分子的运动、挥发、使得层内PET不易发生热分解，插层复合材料的热分解温度提高，并且随着蒙脱土含量的

5、增加而进一步提高；材料的耐热形变能力也提高：有机蒙脱土的加入能对基体产生明显的增强作用；在较高的含量下，蒙脱土对PET韧性损害较为明显。蒙脱土含量为1％的复合材料具有较好的综合力学性能。4．将弹性体甲基丙烯酸甲脂．丙烯腈一丁二烯一苯乙烯共聚物(MABS)引入PET／MMT体系中，制各了具有良好韧性的多组分纳米材料。弹性体的加入使PET的韧性显著提高，并随着弹性体含量的增加。材料的韧性呈上升趋势；随着蒙脱土含量的增加，材料的韧性呈递减趋势，而拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量都变化不大；在共混体系中加入增容剂可以改善弹性体、蒙脱土与PET基体的相容性，提高了材料的韧

6、性；弹性体使PET在共混体系中的结晶度降低，蒙脱土和增容剂加入提高了复合材料的结晶性能。5，对PETt弹性体，蒙脱土共混体系的流变行为作了研究，讨论了弹性体、蒙脱土等组分对共混体系流变性能的影响。各共混体系都属于非牛顿流体，是典型的剪切变稀行为，随着剪切速率的提高，粘度呈下降趋势；随着体系中弹性体含量的增加，体系的非牛顿行为越为显著，熔体的粘度都比常规PET高，蒙脱土的加入便体系的粘度下降很大，PET／弹性体体系的粘流活化能随着剪切速率的提高而增大，而加入蒙脱土后。PET，弹性t$／MMT的粘流活化能随着剪切速率的提高而增加：三相共混体系对非牛顿指数影响较复

7、杂。6．以PET为原料，采用熔融共混的方法制备了多组分纳米工程塑料，并对各组分对性能的影响作了研究。由Surlyn和滑石粉组成的成核体系有显著的成核效果，铸模温度可控制在80．100"C范围内；玻纤在基体中的含量对复合材料性能影响较大，30wt％的玻纤含量能使复合材料得到优异的综合性能；甲基丙烯酸甲脂一丙烯腈一丁二烯一苯乙烯共聚物为弹性体，及以乙烯．甲基丙烯酸缩水甘油脂共聚物做增容剂能很好的与多组分相容，提高复合材料的各项性能；蒙脱土含量控制在1-3％，其能在基体中达到纳米级分散，纳米复合材料性能较佳。7．以再生PET为原料，比较了聚合插层，熔融插层所制备的

8、复合材料的可纺性，研究了蒙脱土在不同条件下对纤维性能