聚乙烯-尼龍積層阻隔性材料制備工藝及性能研究.pdf

1、論文采用層狀共混吹塑工藝制備了高密度聚乙烯(HDPE)/尼龍6(PA6)高阻隔性塑料瓶，在重點(diǎn)研究高阻隔性積層材料制備工藝的基礎(chǔ)上，考察了阻隔性能與工藝、相態(tài)以及高密度聚乙烯/尼龍6共混物相容性之間的關(guān)系，同時(shí)系統(tǒng)的研究了尼龍6/蒙脫土納米復(fù)合材料的阻隔機(jī)理，探討了高密度聚乙烯/尼龍54以及高密度聚乙烯/尼龍54/蒙脫土(MMT)積層材料的阻隔性能。 采用動態(tài)力學(xué)測試(DMTA)結(jié)合原子力顯微分析(AFM)，比較了兩種增容劑Zn

2、-n-EAA(CPa)和EAA(CPb)的增容效果，通過測定高密度聚乙烯/改性尼龍(HDPE/MPA)共混物中兩相的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的變化，觀察共混物的兩相界面，證明CPa的增容效果優(yōu)于CPb。 將增容劑和尼龍?jiān)陔p螺桿擠出機(jī)中反應(yīng)擠出，研究螺桿轉(zhuǎn)速以及原料配比對改性尼龍阻隔性和熔體粘度的影響。結(jié)果表明，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為300rpm、增容劑含量為15phr時(shí)，改性尼龍具有最高的熔體粘度和最高的阻隔性能，其抗乙醇滲透性能比純尼龍?zhí)岣?.5

3、倍。 系統(tǒng)研究了中空成型工藝以及原料配比對形態(tài)結(jié)構(gòu)和容器阻隔性能的影響，確定了最佳工藝和配方。結(jié)果表明，HDPE/MPA瓶阻隔性明顯好于純HDPE瓶，且隨著CPa改性尼龍(MPAa)中CPa含量的增加，HDPE/MPAa瓶的阻隔性也相應(yīng)提高，逐漸達(dá)到一最佳值。在最佳條件下制備的中空瓶對甲苯的阻滲性能比純聚乙烯瓶提高300多倍，對比HDPE/MPAa和HDPE/MPAb系列中空瓶阻隔性能，發(fā)現(xiàn)HDPE/MPAa瓶普遍好于HDPE/

4、MPAb瓶。隨后通過SEM觀察中空瓶瓶壁斷面，發(fā)現(xiàn)在HDPE/MPAa內(nèi)部形成了較連續(xù)而清晰的層狀結(jié)構(gòu)，而HDPE/MPAb內(nèi)部則是很短的取向片段。 為了更進(jìn)一步改善尼龍阻隔層的阻隔性，探索了尼龍/蒙脫土共混物的制備工藝和阻隔機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)，蒙脫土的添加量對材料的阻隔性有顯著影響。當(dāng)蒙脫土含量為0.1％時(shí)，阻隔性能達(dá)到最大值，在合適的工藝條件下，共混物對甲苯和乙醇的阻隔性能比純尼龍分別提高了3倍和4倍。隨后的研究表明，尼龍的結(jié)晶

5、性能對小分子在其內(nèi)部的吸收和擴(kuò)散都有較大的影響。XRD、AFM、DSC和PLM研究證明，蒙脫土的加入，使尼龍6結(jié)晶度提高，球晶尺寸明顯減小，另一方面，蒙脫土的加入，能促使尼龍形成γ晶型。由于γ晶型的晶面間距小于α晶型，因而γ晶型比α晶型具有更加緊密的堆砌結(jié)構(gòu)，更利于阻止小分子的滲透。 采用DSC研究了尼龍6/蒙脫土的非等溫結(jié)晶行為，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示蒙脫土的加入提高了尼龍6的結(jié)晶速率。通過Dobreva公式計(jì)算出蒙脫土在尼龍6中的成核

6、能力參數(shù)φ為0.56，進(jìn)一步驗(yàn)證了PLM和DSC測試結(jié)果。 此外，論文適用紫外可見光分光光度計(jì)測試了尼龍6/蒙脫土共混物的透光性能，發(fā)現(xiàn)蒙脫土的加入提高了共混物透光性。其原因是蒙脫土作為成核劑，減小了尼龍球晶尺寸，球晶尺寸小于可見光波長。毛細(xì)管流變儀分析表明，尼龍6/蒙脫土共混物在低剪切速率下的粘度要高于純尼龍，在高剪切速率下的粘度要低于純尼龍。 最后，論文初步探討了HDPE/MPA54和HDPE/MPA54/MMT共混

7、物制備積層材料的可能性。以尼龍54為阻隔層時(shí)，其成型溫度比尼龍6降低約40℃。SEM分析表明，HDPE/MPA54可形成層狀相態(tài)結(jié)構(gòu)，且在較佳條件下，其對甲苯的阻隔性比純聚乙烯提高80倍以上。 本研究的創(chuàng)新之處1.研究了尼龍6/蒙脫土共混物結(jié)構(gòu)與阻隔性能之間的關(guān)系，在最佳工藝和配方條件下，制備的共混物具有極好的抗溶劑滲透性能。共混物對無水乙醇和甲苯的阻隔性比純尼龍分別提高了3倍和4倍。通過AFM、PLM、DSC以及阻隔性能測試，

8、證明納米蒙脫土改善尼龍阻隔性的機(jī)理是成核機(jī)理，而不是文獻(xiàn)所報(bào)道的延長滲透路徑機(jī)理。 2.采用兩步法制備出HDPE/MPA6高阻隔性塑料瓶，其對甲苯的阻隔性比純聚乙烯提高300倍以上。揭示了相容性-相態(tài)結(jié)構(gòu)-阻隔性三者之間的相互關(guān)系，即在一定范圍內(nèi)，相容性增加，層狀結(jié)構(gòu)趨于連續(xù)，對溶劑的阻隔性也相應(yīng)提高。3.首次以尼龍54為阻隔層，配合蒙脫土納米改性技術(shù)制備出具有層狀相態(tài)結(jié)構(gòu)的高阻隔性容器，為積層材料增添了新的品種，對促進(jìn)蒙脫土在