聚乙烯醇与水滑石共混体系研究及其纤维制备

摘要

聚合物和无机纳米共混材料是材料研究的热点之一，聚合物和无机共混材料可以同时具有聚合物的质轻、弹性高、良好的加工成型性和无机纳米材料的高强度、优异的热稳定性和耐化学性等优点。水滑石（HT）是一种阴离子型层状无机材料，具有制备简单，产品纯净，成本低廉，其组分和层电荷密度可调等优点，并且与聚合物共混可以发挥类似蒙脱土的耐热、增强等改性作用，具有广泛的应用前景。
　　 本文用溶液插层法制备了PVA/HT共混溶液，分别通过冻胶纺丝法和静电纺丝法制备了PVA/HT的共混纤维，并对不同方法制备的共混纤维进行结构表征和性能测试。主要工作分为三个部分：
　　 第一，将HT加入到二甲基亚砜（DMSO）溶液中，超声振荡并快速搅拌使HT均匀分散在DMSO中，然后加入PVA，用溶液插层法制备PVA/HT共混纺丝溶液，通过冻胶纺丝法制备PVA/HT的共混纤维。用扫描电镜（SEM）观察水滑石在PVA/HT共混纤维中的分散状况和共混纤维的表面形态；傅里叶红外光谱（FT-IR）测试表明HT和PVA之间存在明显的氢键作用，少量HT的加入并没有影响PVA的结晶性；X-射线衍射（XRD）测试表明，将HT加入到PVA基体中后，会有部分PVA分子链会插入到HT层中，使得HT的层间距变大。
　　 第二，对初生纤维分两次进行热拉伸，分别研究预拉伸及HT含量对共混纤维力学性能的影响，以及HT含量对共混纤维拉伸倍率的影响，并通过SEM观察了共混纤维过倍拉伸后纤维的形态，用TG-DTG来研究PVA/HT共混纤维的热性能，并对共混纤维进行力学测试。结果表明加入适量的HT可以有效提高PVA纤维的强度，随着HT含量的增加PVA/HT共混纤维的最大拉伸倍数和断裂伸长率下降；热分析测试表明HT的加入可以有效提高PVA的热性能；通过SEM观察发现随着HT含量的增加共混纤维表面易产生缺陷。
　　 第三，在水溶液里用十二烷基苯磺酸钠（SDBS）处理HT，然后用溶液插层法制备PVM/t-HT共混溶液，通过静电纺丝法制备PVA/t-HT的共混纳米纤维。SEM结果表明，用SDBS处理后的HT在PVA中有较好的分散性，在弱酸条件下，PVA/t-HT的共混溶液具有最好的可纺性；差热分析（DTA）测试表明，随着t-HT含量的增加，共混纤维的耐热性提高；力学测试结果表明，加入适量的t-HT可以有效提高纤维的断裂强度和杨氏模量。