原位插层聚合法聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的研究

摘要

近年来,聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料已成为产业界和学术界研究的热点.由于蒙脱土的层状硅酸盐纳米粒子和聚烯烃分子链的协同作用,可以充分发挥无机材料的刚性、尺寸稳定性与聚烯烃树脂可加工性的特点,制备出性能优异的聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料.聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料的制备方法有熔融共混和原位聚合两种方法.熔融共混存在很多缺点:如共混过程中蒙脱土不易分散均匀,易形成颗粒填充复合物;熔融过程中聚烯烃树脂的降解等.而通过原位聚合的方法制备聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料可以成功解决复合材料制备过程中的分散和界面难题.该文采用原位插层聚合法制备聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料,首先用长链烷基铵盐将蒙脱土有机化,使蒙脱土的层间距撑大;然后,有机蒙脱土负载TiCl<,4>形成插层催化剂;最后,催化剂与烷基铝一起催化乙烯聚合,制得聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料.通过WAXD分析了蒙脱土原土、有机蒙脱土及复合材料的结构,用有机铵盐对蒙脱土进行改性处理后,蒙脱土的层间距由1.25nm撑开至3.53nm,然而此层状结构的特征衍射峰在聚乙烯/蒙脱土复合材料的WAXD谱图中完全消失,说明蒙脱土在聚乙烯基体中已经剥离或其层状结构均匀分散在聚乙烯基体中.FTIR分析结果表明长链铵盐与蒙脱土发生了离子交换并插入到蒙脱土的层间.SEM及TEM表征结果表明蒙脱土粒子以纳米尺寸无规分布在聚乙烯基体中,形成了聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料.DSC分析结果表明复合材料中聚乙烯的结晶度随蒙脱土含量的升高而降低.TG结果显示热失重温度及最大热失重温度增加近30℃..同纯聚乙烯相比,聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的拉伸强度和模量分别可提高31％和15％.

目录

文摘

英文文摘

1前言

2综述

2.1聚合物基纳米复合材料

2.1.1纳米复合材料

2.1.2聚合物/无机纳米复合材料

2.2聚合物/粘土纳米复合材料

2.2.1聚合物/粘土纳米复合材料的特点

2.2.2聚合物/粘土纳米复合材料的种类和结构

2.2.3聚合物/粘土纳米复合材料的制备方法

2.2.4聚合物/粘土纳米复合材料的性能与应用前景

2.3聚烯烃/粘土纳米复合材料

2.3.1聚烯烃/粘土纳米复合材料概述

2.3.2齐格勒—纳塔催化剂作用机理

2.3.3齐格勒—纳塔催化剂的新发展

2.3.4插层型蒙脱土载体齐格勒—纳塔催化剂及其制备

2.3.5聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料的特点

2.3.6聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料的结构及性能表征

2.4本论文研究的目的及意义

3实验部分

3.1实验原料及仪器设备

3.1.1实验原料

3.1.2仪器设备

3.2有机蒙脱土的制备

3.2.1工艺流程

3.2.2蒙脱土的提纯

3.2.3蒙脱土的钠化

3.2.4胶质价和膨胀容的测定

3.2.5插层剂的制备

3.2.6蒙脱土的有机化

3.3催化剂的制备

3.3.1正庚烷的提纯

3.3.2有机蒙脱土加载催化剂

3.3.3催化剂钛含量的测定

3.4聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的制备

3.5聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的表征

3.5.1傅里叶变换红外光谱(FTIR)测试

3.5.2 X-射线衍射(WAXD)测试

3.5.3力学性能测试

3.5.4 DSC测试

3.5.5 TG测试

3.5.6 SEM测试

3.5.7 TEM测试

4结果与讨论

4.1有机蒙脱土的制备

4.1.1胶质价和膨胀容

4.1.2傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析

4.1.3 X射线衍射(WAXD)分析

4.2催化剂的制备

4.2.1 TiCl4用量对催化剂Ti含量的影响

4.2.2外加酯用量对催化剂Ti含量的影响

4.2.3 TiCl4加入法对催化剂Ti含量的影响

4.2.4有机蒙脱土(插层剂不同)种类对催化剂Ti含量的影响

4.3聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的制备

4.3.1铝钛比对聚合的影响

4.3.2催化剂用量对聚合的影响

4.3.3反应时间对聚合的影响

4.3.4催化剂钛含量对聚合的影响

4.4聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的表征

4.4.1 X-射线衍射分析

4.4.2 SEM分析

4.4.3 TEM分析

4.4.4力学性能

4.4.5 DSC分析

4.4.6 TG分析

5结论

参考文献

其它研究工作及发表文章

致谢