聚乙烯醇-蒙脫土納米復(fù)合材料的研究.pdf

1、本課題研究了聚乙烯醇/蒙脫土(PVA/MMT)納米復(fù)合材料體系的制備、結(jié)構(gòu)、性能和化學(xué)改性，主要內(nèi)容分為三個(gè)部分： 首先，從某地鈉質(zhì)蒙脫土礦物加工出發(fā)，研究了不同加工條件對(duì)蒙脫土結(jié)構(gòu)與性能的影響，經(jīng)提純得到高純度蒙脫土。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在球磨粉碎過(guò)程中蒙脫土礦物的平均粒徑、離子交換容量、亨特白度、吸藍(lán)量、膠質(zhì)價(jià)、膨脹倍以及流變性等都與球磨時(shí)間存在密切聯(lián)系，并隨著粉碎時(shí)間呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律。XRD和FT-IR分析表明，蒙脫土發(fā)生的這

2、些變化是由它在粉碎過(guò)程中受到機(jī)械力化學(xué)作用而產(chǎn)生的晶格結(jié)構(gòu)畸變和無(wú)定形化引起的。蒙脫土礦物的不同粉碎時(shí)間還影響了從蒙脫土中提純蒙脫石的收率。 其次，采用溶液插層-流延成膜法，由鈉質(zhì)蒙脫土懸浮液和PVA溶液直接制備得到了PVA/MMT納米復(fù)合材料，并對(duì)該復(fù)合材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。XRD測(cè)試結(jié)果表明，復(fù)合材料中的蒙脫石的層間距顯著增大，表明PVA分子進(jìn)入了蒙脫石的片層之間；TEM照片清晰顯示了蒙脫石片層在PVA基體中均勻分散的納米結(jié)構(gòu)

3、；SEM測(cè)試中觀察到了復(fù)合材料斷裂時(shí)裂紋的納米結(jié)構(gòu)形貌。TGA分析表明復(fù)合材料的熱性能比純PVA有較大提高。通過(guò)正交試驗(yàn)法，研究了PVA/MMT納米復(fù)合材料制備過(guò)程中懸浮液pH值、投料方式和分散方式對(duì)材料結(jié)構(gòu)的影響，確定了最佳的制備條件。力學(xué)性能測(cè)試表明，PVA/MMT納米復(fù)合材料的楊氏模量提高顯著，蒙脫土含量為10％時(shí)復(fù)合材料的楊氏模量是純PVA的3.03倍；拉伸強(qiáng)度和直角撕裂強(qiáng)度隨著蒙脫土含量先增大后減小，對(duì)蒙脫土含量變化敏感，二者

4、最多分別提高了21.5％和20.0％；復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，蒙脫土含量10％時(shí)僅為純PVA的53.5％；不同增塑劑和增塑劑含量對(duì)拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和直角撕裂強(qiáng)度有一定影響；耐水性測(cè)試表明，納米復(fù)合材料的吸水率和吸水速度與蒙脫土含量比純PVA有顯著下降；透濕性測(cè)試表明，納米復(fù)合材料薄膜的透濕率下降到了純PVA薄膜的57.26％；透光率測(cè)試結(jié)果顯示蒙脫土的含量不高于7.5％時(shí)納米復(fù)合材料薄膜仍保持85％左右的可見(jiàn)光透光率，含

5、量10％時(shí)下降到75％左右，同時(shí)復(fù)合材料對(duì)波長(zhǎng)小于400nm的光透過(guò)率降低顯著，對(duì)紫外光具有一定屏蔽作用。 最后，采用硼砂和戊二醛對(duì)PVA/MMT納米復(fù)合材料進(jìn)行了交聯(lián)改性研究，測(cè)試了改性效果。結(jié)果表明，隨著交聯(lián)劑用量增加，復(fù)合材料的耐水性得到提高，但同時(shí)力學(xué)性能受至一定影響，韌性變差。從總體上看，戊二醛的交聯(lián)效果好于硼砂的交聯(lián)效果。戊二醛交聯(lián)改性的PVA/MMT納米復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能、耐水性和阻隔性，同時(shí)保持了較高的透