有机累托石聚合物熔融插层纳米复合材料的研究

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1、两北T业人学I：学博十学位论文有机累托石／聚合物熔融插层纳米复合材料的研究摘要累托石(REC)是一种具有1：1类蒙皂石与类云母间层结构的粘土矿物，其层问含有可交攮的水合阳离子，层间距为2nm左右。这种独特的结构组成使其既继承了蒙脱土(MMT)的吸水膨胀性、阳离子交换性，又具有较大的层间域，成为为数不多的易于在水中解离的又一种粘土矿物。由于REC的开发较晚，几乎未在高新技术领域中应用，所以研究累托石的有机改性及其聚合物／粘土纳米复合材料的制各、结构与性能，对提高REC的附加值，丰富粘土改性聚合物领域的基础理论、

2、推广粘土改性聚合物的应用具有重要意义。本论文选用两种季铵盐及一种有机胺为REC的有机改性试剂，通过阳离子交换反应制备有机累托石(OPEC)，选择聚合物中应用广泛的热塑性树脂如极性聚氨酯弹性体(TPUR)、非极性结晶型聚丙烯(PP)及弹性体改性的聚丙烯共混体系(POE／PP)为研究对象，通过熔融共混的方法制备了OREC，rPUR、OREC／PP(PR体系)及01蝴0E胆P(PRE体系)纳米复合材料；采用x一射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等手段表征了复合材料的结构；毛细管流变仪表征了复合材料的熔体流交性、

3、差示扫描量热仪(DSC)研究了PP及各种改性体系的结晶动力学、偏光显微镜及广角x一射线衍射(WXRD)研究了结晶形貌；最后测试复合材料的静态力学性能、动态力学性能(DMA)、热稳定性、耐油及耐空气老化性等。研究结果发现有机季铵盐、二元胺等可与REC发生阳离子交换反应得到层间距较大并易于在有机介质中分散的OREC；OREC可以与TPUR、PP及POE／PP进行直接熔融共混得到插层纳米复合材料；聚合物极性越强，OREC的用量越少，插层效果越好。熔体流变性研究表明，几种聚合物及改性聚合物均属于假塑性流体，OREC改

4、性的极性TPUR体系熔体表观粘度比纯TPUR大，流变性差；而非极性PR体系的表观粘度比纯PP小，流动性好；PRE体系的表观粘度较相应二元POE／PP体系大。PR及PRE体系的结晶性能研究表明，粘上可以成为聚合物的结晶成核剂，加快聚丙烯的结晶速率，细化结品微粒，但不改变PP的结晶品型，并埘聚丙烯的结品度影响不西北工业大学工学博士学位论文大。改性体系的静态力学性能研究表明，在OREC／TPUR体系中，OREC用量2phr时的拉伸强度均最高，5phr时的断裂伸长率最大，这种性能与粘土的插层效果、复合材料的微相结构及

5、组分间强烈的相界面作用有关：在PR体系中，粘土用量为2phr时复合材料拉伸强度、断裂伸长率及冲击强度最高，这种性能除了与粘土的插层效果有关外，还与体系中聚丙烯的结晶度及微晶大小有关；PRE体系中，OREC的加入对POE／PP二元体系有协同补强增韧的作用，弹性体用量越多，补强增韧作用越强，这种作用除与粘土的插层作用、体系中聚丙烯的结晶性能有关外，还应与体系中弹性体颗粒大小及分布有关，具有良好插层效果及较高结晶度的复合材料体系具有较高强度，细化的聚丙烯结晶微粒、适当的弹性体颗粒及较宽的颗粒分布可以提供材料较高的韧

6、性。DMA分析结果表明，纳米复合材料体系具有较高的储能模量，粘土添加量越高，体系的储能模量越高，且极性改性体系OREC／TPUR储能模量的提高幅度高于非极性PR及PRE两种体系；由于OPEC与TPUR存在强烈的界面作用，所以OREC／TPUR体系的玻璃化温度(Tg)升高，而界面作用较弱的PK及PRE体系的T夸几乎不变。热重分析、耐油性及耐热空气老化性研究结果表明，插层效果较好的复合材料具有较高的热分解温度、较好的耐油性及耐空气老化性，说明复合材料中插层效果较好的粘土片层对空气及分解的小分子等有一定的阻隔作用。

7、关键词：累托石，热塑性聚氨酯弹性体，聚丙烯，聚烯烃弹性体，粘土，结晶，纳米复合材料，界面作用，力学性能，热性能，耐介质性塑；竖!；些叁兰兰兰!塞!：兰堡垒兰StudyonMeltingIntercalationNanocompositesofOrganicRectorite／PolymerABSTRACTgectorike(REC)isakindofnaturalclayandcanberepresentedbyregular(1：1)stackingofmica-likeandmontmorillonite

8、·likelayers，withexchangeablehydratedcationsbetweengalleriesandthed-spaceabout211111，SOthecharacteristicsismuchsimilartomontmorillonite(MMT)aswellasthestructure，suchascationexchangeabilityandexpansibili