非極性聚合物-有機(jī)蒙脫土納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、本文選擇自制的有機(jī)蒙脫土（OMMT），不加入任何相容劑，直接與非極性聚合物進(jìn)行復(fù)合，制備出了NR/OMMT、NR/BR/OMMT、NR/SBR/OMMT、 EPDM/OMMT、HDPE/OMMT、 LLDPE/OMMT、HDPE/LLDPE/OMMT、PP/OMMT等多種性能優(yōu)異的非極性聚合物納米復(fù)合材料。通過X射線衍射（XRD）、透射電子顯微鏡（TEM）等手段，從結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系出發(fā)，研究了有機(jī)蒙脫土品種和含量、復(fù)合材料的制備方法、聚

2、合物的種類等因素對聚合物/有機(jī)蒙脫土復(fù)合材料的力學(xué)性能、耐溶劑性能、耐熱性能和阻隔性能等的影響，并從理論和應(yīng)用兩個方面進(jìn)行了深入探討。主要內(nèi)容摘要如下： 1．通過研究幾種NR/OMMT復(fù)合材料的綜合性能選擇出最佳的OMMT。利用TEM觀察確認(rèn)制備出了剝離型的NR/OMMT納米復(fù)合材料，當(dāng)OMMT僅為3．0 phr時，拉伸強(qiáng)度提高了近1倍，撕裂強(qiáng)度提高了57%，氧氣透過率降低了49%。 2．利用機(jī)械共混法制備出了NR/BR

3、/OMMT復(fù)合材料來研究OMMT在胎側(cè)膠中的應(yīng)用。通過綜合性能測試選擇出了OMMT的最佳牌號和最優(yōu)添加量。利用XRD測試和TEM觀察確認(rèn)制備出了剝離型NR/BR/OMMT納米復(fù)合材料；綜合性能顯示最佳用量3．0 phr時，拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度分別提高了75%和54%，溶脹指數(shù)也降低了22%，耐溶劑性能提高明顯。而且典型的工業(yè)胎側(cè)橡膠配方的性能測試結(jié)果顯示，3．0 phr OMMT代替等量高耐磨碳黑時，性能提高明顯，尤其是對于胎側(cè)膠比較關(guān)鍵

4、的撕裂強(qiáng)度指標(biāo)從48．6KN/m提高劍了58．8KN/m；而且若加入普通碳酸鈣替代碳黑，可以在不降低性能的前提下，降低成本。 3．利用機(jī)械共混法制備NR/SBR/OMMT復(fù)合材料，用來研究OMMT在胎面膠中的應(yīng)用。同樣通過性能測試確定最佳OMMT牌號和最優(yōu)添加量；并確認(rèn)制備出了剝離型NR/SBR/OMMT納米復(fù)合材料。而將OMMT應(yīng)用到胎面橡膠配方之后，3．0 phr OMMT代替等量高耐磨碳黑時，性能提高明顯，尤其是對于胎面膠

5、最關(guān)鍵的耐磨性能測試的磨耗體積從0．565 cm3降低到了0．483 cm3；而且若加入普通碳酸鈣替代碳黑時，可以在不降低性能的前提下，降低成本。 4．TEM觀察確認(rèn)采用熔融擠出法，制備出了剝離型EPDM/OMMT納米復(fù)合材料。力學(xué)性能測試結(jié)果顯示在OMMT含量僅為3，0 phr時，EPDM/OMMT納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度是純膠體系的5．1倍，碳黑增強(qiáng)體系的3．8倍；定伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度都有顯著提高。 5．TEM觀察發(fā)現(xiàn)在

6、不加相容劑的情況下，利用熔融擠出法，制備出了剝離型的HDPE/OMMT納米復(fù)合材料，為OMMT在PE中的深入研究奠定基礎(chǔ)。HDPE/OMMT納米復(fù)合材料的力學(xué)性能提高明顯，而且HDPE/OMMT納米復(fù)合材料制備的復(fù)合薄膜的氧氣透過量降低了37%，氣體阻透性明顯提高。 6．采用直接注射法，在不加相容劑的情況下，制備出了半剝離型的HDPE/LLDPE/OMMT納米復(fù)合材料。在OMMT含量僅為4．0 wt%時，屈服強(qiáng)度和拉伸模量從純復(fù)

7、合聚乙烯的25．7MPa和322．5MPa分別提高到了32．8MPa和491．1MPa；而在OMMT含量為6．0%時彎曲強(qiáng)度和彎曲模量分別比純樣品提高了14．2%和60%。 7．XRD測試和TEM觀察結(jié)果表明二次處理后制備的層間距最大的OMMT在LLDPE基體中形成了剝離型LLDPE/OMMT納米復(fù)合材料，綜合性能最好。 8．OMMT加入到聚乙烯基體中制備成了聚乙烯流滴膜，無滴持效期從3-4月左右提高到7-8月。

8、 9．在不加入任何相容劑的條件下，制備出插層型的聚丙烯/有機(jī)蒙脫土納米復(fù)合材料。這種插層型的聚丙烯/有機(jī)蒙脫土納米復(fù)合材料，能夠提高純聚丙烯樹脂的沖擊性能至2倍多，而同時納米復(fù)合材料的強(qiáng)度、剛性，尤其耐熱性沒有降低反而有所提高。 10．本文在非極性橡膠中的研究表明制備出的高性能的NR/OMMT納米復(fù)合材料顯示了低填充量、高補(bǔ)強(qiáng)的特性，同時為進(jìn)一步的應(yīng)用研究奠定基礎(chǔ)。而OMMT在胎側(cè)膠和胎面膠配方中的優(yōu)異性能顯示了OMMT在輪胎工

9、業(yè)中良好的應(yīng)用前景。擠出法制備的EPDM/OMMT納米復(fù)合材料的綜合性能顯示其在制備高強(qiáng)度、低硬度或高強(qiáng)度、高伸長的乙丙橡膠制品具有很高的應(yīng)用價值。 11．在非極性塑料中的研究發(fā)現(xiàn)氣體滲透性的降低顯示了納米聚乙烯薄膜在提高真空保鮮袋保鮮期方面良好的應(yīng)用前景。而制備出的高性能便攜袋用的HDPE/LLDPE/OMMT納米復(fù)合材料說明復(fù)合材料制備成便攜袋后承重能力大大提高，從而可以通過增加每袋的承重量而減少這種包裝材料的使用量，或減少

10、用量而不降低承重量來達(dá)到減少使用量，降低“白色污染”的目的。PE/OMMT納米流滴膜的較長的無滴持效期解決現(xiàn)有流滴膜持效期不足一個種植周期的問題。制備出的新型增韌的插層型PP/OMMT納米復(fù)合材料顯示在提高韌性的同時保持了聚丙烯耐熱性好的優(yōu)點(diǎn)，在制備熱水管道用PPR管等方面具有良好的應(yīng)用前景。 12．文中在理論分析方面通過對聚合物/蒙脫土納米復(fù)合材料的研究成果進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)和分析，結(jié)合示意圖分析說明了OMMT層間距、聚合物分子結(jié)構(gòu)

11、和外部剪切力的大小對制備的納米復(fù)合材料的形態(tài)的影響，得出了OMMT層間距越大，聚合物分子鏈越規(guī)整和外部剪切力越大越有利于納米復(fù)合材料制備的結(jié)論。另外對具有不同亞微觀形態(tài)的PP/OMMT和EPDM/OMMT納米復(fù)合材料進(jìn)行討論，研究出了納米復(fù)合材料中結(jié)構(gòu)決定性能的關(guān)系。最后利用圖示模擬演示蒙脫土片層在聚合物基體中的纏結(jié)、增強(qiáng)、抗壓、阻隔和緩釋等效應(yīng)的原理。通過理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究聚合物基蒙脫土納米復(fù)合材料的機(jī)理，可以對聚合物/蒙脫土納米復(fù)合材