聚丙烯/累托石层状硅酸盐纳米复合材料的制备与性能

摘要

聚合物/粘土纳米复合材料是性能优异的新兴复合材料。熔融插层法是制备这种纳米复合材料最有应用前景的方法，它具有工艺简单、投资少、成本低、污染小和易于工业化等特点。目前制备粘土纳米复合材料常用的粘土多为蒙脱土，累托石的结构与蒙脱土类似，所不同的是累托石为类云母层和类蒙皂石层1:1交替排列的规则间层粘土矿物，具有比蒙脱土更耐高温加工的特点。
　　 本文采用经提纯(纯度≥90％)和钠化处理后的天然累托石为原料，通过氧化焙烧除去黄铁矿和有机炭等影响有机插层的有害成份，然后用十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)作插层剂，对累托石进行有机改性处理，制备了有机改性累托石。用有机累托石作填料与聚丙烯熔融共混在双螺杆挤出机上制备了聚丙烯/累托石粘土纳米复合材料。为考察累托石粘土有机改性及其与聚丙烯熔融共混的效果，分别对有机累托石和复合材料进行了X射线衍射(XRD)和红外光谱(FTIR)分析，对复合材料进行了扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)分析，并研究了有机累托石用量对复合材料力学性能的影响。
　　 累托石有机改性试验结果表明：对累托石进行氧化焙烧预处理，有利于有机插层剂插入到累托石层间，提高有机改性效果，焙烧前CTAB的交换率是73.2％，而焙烧后的CTAB的交换率为80.9％；当温度为70℃、pH值为7.37、反应时间为2 h时，累托石有机改性的效果最好，CTAB的交换率可达89.1％。此时，XRD、FTIR分析结果及亲水性实验结果表明：累托石的d001由2.4543 nm增至2.9450 nm，累托石己被有机化，由亲水性变为亲油性。
　　 有机累托石与聚丙烯熔融共混的试验结果表明：当有机累托石的加入量达到6％时，复合材料有较优异的综合力学性能，其屈服强度、抗拉强度、弹性模量、抗弯强度、弯曲模量分别达到31.68、31.95、315.3、37.4和1336.3 Mpa，分别较聚丙烯基体增加6.7％、7.4％、3.2％、13.4％和21.1％。此时，综合XRD、FTIR、SEM和TEM的分析结果可以得出结论：有机累托石片层在熔融共混过程中己被剥离并均匀地分散到聚丙烯基体中，形成了纳米复合材料。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料研究概况

1.2累托石的矿物结构及其应用现状

1.3课题的提出及其意义

第2章文献综述

2.1聚丙烯的发展现状及改性

2.2聚丙烯/层状硅酸盐纳米复合材料研究概况

2.3插层剂的选择和分类

2.4插层热力学和动力学分析

2.5插层处理原理

2.6制备方法

2.7插层模型

2.8插层机理

2.9存在问题

第3章累托石有机改性实验研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验原材料、实验仪器与试剂

3.2.2实验方法

3.2.3实验测试方法

3.3结果与讨论

3.3.1焙烧处理对累托石插层效果的影响

3.3.2插层剂种类对插层效果的影响

3.3.3插层条件对交换率的影响

3.4结论

第4章聚丙烯/累托石层状硅酸盐纳米复合材料的制备及性能

4.1引言

4.2实验仪器及其药品

4.3测试与表征

4.3.1 X射线衍射仪(XRD)

4.3.2 FT-IR分析

4.3.3扫描电镜(SEM)

4.3.4透射电镜(TEM)

4.3.5力学性能分析

4.4实验方法与步骤

4.5结果与讨论

4.5.1 X射线衍射(XRD)分析

4.5.2 FT-IR分析

4.5.3PP/累托石复合材料的SEM分析

4.5.4透射电镜(TEM)

4.5.5力学性能

4.6结论

第5章结论及存在不足

5.1结论

5.2存在不足

参考文献

致谢