低密度聚乙烯/有机蒙脱土纳米复合材料的制备及性能研究

摘要

采用四种不同的插层剂对蒙脱土进行改性，通过熔融插层法成功制备了低密度聚乙烯/有机蒙脱土纳米复合材料(LDPE/OMMT)，并对LDPE/OMMT纳米复合材料的微观结构与阻隔性能、力学性能和热稳定性等性能进行研究，对PE目前作为用量很大的包装材料研究有重要意义。
　　 分别采用十二烷基苄基二甲基季铵盐(DDA)、十八烷基三甲基季铵盐(OTA)以及含有两个长烷基链的亲有机物质(20A)对蒙脱土进行有机化处理。红外分析表明，OMMT在2927cm-1和2835cm-1处出现两个新的波峰，揭示了烷基铵能够插层进入MMT片层通过阳离子交换反应产生OMMT。LDPE和LDPE/OMMT纳米复合材料的透射电镜(TEM)形貌研究表明LDPE分子链或链段插层到OMMT片层间，有机蒙脱土片层均匀分散在低密度聚乙烯基体中，分散效果良好。
　　 对纯低密度聚乙烯和LDPE/OMMT纳米复合材料进行透气性测试、热失重分析和力学性能分析，研究表明添加有机化蒙脱土后，纳米复合材料的透气性和水蒸气渗透性均有所降低，且透气性效果降低明显，同纯LDPE相比，只需添加0.5wt％的经十八烷基三甲基季铵盐(OTA)改性的蒙脱土，纳米复合材料膜的Pco2降低了7倍从0.69×10-12cm3·cm/(cm2·s·Pa)到0.099×10-12cm3·cm/(cm2·s·Pa)。纳米复合材料的拉伸强度随着添加蒙脱土含量的增加而增加，断裂伸长率随之降低。当添加经20A改性的蒙脱土4wt％时力学性能表现最佳，复合材料的拉伸模量增加了269％从3.35MPa到12.36MPa，且断裂伸长率下降了40.4％从5.659到3.372。另外，对于添加四种改性剂改性过的蒙脱土后，纳米复合材料的热分解温度改善幅度几乎无差别，LDPE/OMMT纳米复合材料的热分解温度大约都提高了20℃左右。