文档介绍：聚卜经基丁酸戊酸共聚醋一层状硅酸盐纳米复合材料的研究
学生陈广新
导师张邦华教授
中文摘要
本文用长链季按盐对蒙脱土进行离子交换反应,季铰盐嵌入到蒙脱土的层
间。研究了季钱盐的种类、反应时间、反应配比及反应温度对交换反应的影响。
用和等测试手段对改性蒙脱土进行了表征。对改性蒙
脱土在二甲苯溶剂中的流变行为进行了研究,表明改性蒙脱土与有机溶剂有良
好的相容性。
采用原位插层聚合的方法,首次以化学合成法制得了聚轻基丁酸醋
纳米复合材料,考察了实验条件对聚合反应的影响,表明
℃为较合适的反应温度,真空度越大对聚合反应越有利。红外光谱表明,有机
蒙脱土与聚合物分子链之间有较强的相互作用结果表明,所得
纳米复合材料为剥离型。
为了以熔融法制得剥离型纳米复合材料,我们以马来酸配对聚
轻基丁酸戊酸共聚酷进行化学修饰,使其作为之间的
增容剂。讨论了各种反应条件,如溶剂种类、单体浓度、引发剂浓度、反应时
间和温度等对接枝反应的影响,确定了接枝的最佳
反应条件。接枝了以后,它的结晶行为发生了很大的变化。表现为
冷结晶温度升高,结晶温度降低,结晶速率下降,放热过程的结晶烩有所下降。
的晶胞参数不变。但完善程度有所降低。它沿不同方向结晶生长
表现出差别。晶面和晶面的衍射峰强度比随接枝率的增加而逐渐增大。
的球晶呈现出环带结构。随着接枝率的提高,球晶的环带宽度逐
渐增加。结果表明,的热分解温度提高,它的耐热性得到明
显改善。
分别以熔融及溶液法制得了有机蒙脱土纳米复合材料,并对其结构
和性能进行了表征。对于体系,数据表明,值由有机蒙
脱土的最大达到了,即部分分子链渗入到有机蒙脱土的硅
酸盐片层之间,使体系发生了膨胀,形成了插层型纳米复合材料。且提高蒙脱
土的含量,其层间距基本保持不变,约为左右。同时发现,退火有利于
有机大分子渗入到蒙脱土层间。
在纳米复合材料的谱图上,有机蒙脱土
在面的特征衍射峰已全部消失,制得了剥离型的纳米复合材料。通过对
增容体系的形态分析,发现聚合物分子链首先在初级粒子的边缘进行插层,逐
渐延伸发展直至初级粒子的内部发生剥离。熔融插层过程中,初级粒子的剥离
存在梯度,即越接近粒子边缘,剥离越完全。在整个插层过程中,蒙脱土由团
聚体分散成初级粒子,初级粒子被剥离成次级粒子,甚至更小的纳米粒子的过
程是一个逐渐发展的过程。
我们将原位插层聚合法制得的复合材料加入到体系中,以简单地混
合就得到了插层剥离型纳米复合材料,发现的加入,可以促使蒙
脱土在基体中的插层,有助于蒙脱土在基体中更好地分散。
研究结晶熔融行为表明,复合物的冷结晶峰温度随着蒙脱土的加入而降低,
且当蒙脱土含量为时趋于恒定,约为。当蒙脱土含量小于时,随
着蒙脱土含量的增加,其熔融结晶峰形状变得较为尖锐,结晶终止温度较高
较纳米复合材料的结晶峰覆盖的温度范围要宽一些,且其
峰形略微平缓一些,说明复合材料结晶速率很快达到最大值,而结晶最
慢。随着有机蒙脱土的加入,球晶尺寸逐渐变小,且视野内球晶数目增多,当
蒙脱土的加入量较高时,纳米复合材料的球晶尺寸在很小时就发
生碰撞和变形。说明粘土片层在中的分布起到异相晶核的作用。
纳米复合材料的的储能模量随蒙脱土含量的升高而升高。复合材
料的玻璃化转变温度高于纯的值。说明有机蒙脱土中的分
子链的活动性低于纯。耐热性及力学测试表明,蒙脱土含量为时,
体系的综合性能最优异。
求得的平衡熔点为。在等温结晶过程中,有机蒙脱土的引入
起到了异相成核剂的作用,使的结晶速率加快。完成结晶的时间随着蒙
脱土的加入而缩短。同时,蒙脱土含量为时结晶最快。随着有机蒙脱土的
加入,导致在整个结晶过程的活化能降低,但是的结晶成核机理
和生长方式并没有发生变化。在不同的冷却速率下用方法研究了
及其纳米复合材料的非等温结晶动力学,表明及纳米复
合材料的结晶行为与冷却速率密切相关。用方法改进的方法、
方法、与结合方法分析了非等温结晶行为,表明蒙脱土的
加入,使结晶更容易,速度更快。
用方法选择不同的升温速率,研究了及其纳米复合材料的热
分解行为,表明纳米复合材料的热分解温度随着有机蒙脱土在中的良好
分散而升高。由方法和方法求得了热分解活化能,
录」离型纳米复合材料的热分解活化能最高,表明它的耐热性较有很大的
增强。
用模型分析了纳米复合材料的稳态流变学行为,对数据进行了拟
合,结果表明随有机蒙脱土含量的增加,纳米复合材料的剪切变稀行为加剧。
这主要是蒙脱土纳米片层在剪切的作用下曲向,从一个无序状态变得有序所致。
通过动态流变学研究,观察到了一个明显的末端区类固体行为,这是因