凹凸棒石表面改性及其在尼龍6中的應(yīng)用.pdf

1、凹凸棒石具有的較大長徑比和一維納米纖維狀結(jié)構(gòu)以及較弱的棒晶間相互作用，使得其在聚合物的增強(qiáng)改性上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和吸引力，是制備高性能聚合物復(fù)合材料的理想增強(qiáng)體。本論文在對(duì)天然一維納米材料凹凸棒石進(jìn)行提純并接枝改性后應(yīng)用于工程塑料尼龍6，制備了具有新型結(jié)構(gòu)和優(yōu)良性能的凹凸棒石/尼龍6復(fù)合材料，深入系統(tǒng)地研究了復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能。具體內(nèi)容如下：
　　 通過傳統(tǒng)的擠出注射工藝制備了未改性凹凸棒石/尼龍6復(fù)合材料。結(jié)果表明，凹凸

2、棒石在尼龍6基體中有著較好的分散，所制得復(fù)合材料具有較高的力學(xué)性能。凹凸棒石的加入不會(huì)改變尼龍6的結(jié)晶形態(tài)，在尼龍6的結(jié)晶過程中起到了異相成核的作用，提高了尼龍6的結(jié)晶溫度，加快了尼龍6的結(jié)晶過程，但會(huì)降低尼龍6的結(jié)晶完善程度，并增加尼龍6的結(jié)晶活化能。
　　 采用縮合聚合法對(duì)凹凸棒石進(jìn)行表面接枝聚氨酯預(yù)聚體改性。結(jié)果表明，接枝改性后接枝物分子鏈與凹凸棒石表面上的羥基發(fā)生了化學(xué)鍵合，聚氨酯接枝物主要分布在凹凸棒石的表面，而在體相

3、中獨(dú)立存在的幾率較小。接枝后凹凸棒石的粒徑明顯增大，粒子中間顏色較深，周圍顏色較淺，呈現(xiàn)較為明顯的核殼狀結(jié)構(gòu)。通過加入明礬水溶液來沉降水性聚氨酯乳液，實(shí)現(xiàn)對(duì)凹凸棒石的包覆，形成具有核殼結(jié)構(gòu)的聚氨酯包覆凹凸棒石。當(dāng)所制備水性聚氨酯乳液與凹凸棒石的質(zhì)量比為3∶1時(shí)，可取得比較理想的包覆效果，凹凸棒石棒晶被單個(gè)包覆，包覆層厚度約為10nm。此時(shí)凹凸棒石表面聚氨酯的包覆量約為9％。
　　 聚氨酯改性凹凸棒石/尼龍6納米復(fù)合材料研究表明，

4、通過對(duì)凹凸棒石進(jìn)行有機(jī)改性可以促進(jìn)凹凸棒石在尼龍6基體中的分散，改性凹凸棒石與尼龍6的界面模糊，說明兩者相容性較好，存在較強(qiáng)的界面相互作用。由于表面修飾層與基體樹脂高分子鏈發(fā)生交聯(lián)、纏結(jié)，形成納米復(fù)合材料的柔性界面層。因此納米復(fù)合材料的力學(xué)性能得到了有效改善，對(duì)材料韌性的提高尤為明顯。當(dāng)聚氨酯包覆凹凸棒石的用量為10％時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度提高了34.7％，沖擊強(qiáng)度提高了85.7％。拉伸破壞時(shí)，復(fù)合材料具有明顯的屈服后斷裂特征；沖擊破壞

5、時(shí)，隨著聚氨酯包覆凹凸棒石用量的增加，復(fù)合材料的斷面變得越粗糙。聚氨酯包覆凹凸棒石的加入，也可顯著提高復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。聚氨酯包覆凹凸棒石/尼龍6納米復(fù)合材料的熔體為假塑性流體，隨改性凹凸棒石含量的增加，材料的非牛頓性減弱。
　　 兩步法制備了POE彈性體接枝的凹凸棒石。接枝產(chǎn)物的FTIR、XPS以及XRD分析結(jié)果表明，POE彈性體通過化學(xué)鍵結(jié)合到了凹凸棒石的表面。TG結(jié)果表明，接枝到凹凸棒石表面的POE彈性體