有机聚合物/改性蛭石纳米复合材料的制备和性能研究

论文摘要

近年来,随着科学技术的迅猛发展,对材料性能提出越来越高、越来越严和越来越多的要求。在许多方面单一的高分子材料常常由于某些性能无法满足要求而限制了它的应用,例如强度和硬度较低、耐候性和热稳定性差等。其中尼龙作为五大工程塑料之一在工业中有很重要的应用,但存在强度差等缺点,使其应用受到一定的限制；聚乳酸(PLA)是一种可再生的具有优良生物相容性和生物可降解性的脂肪族聚酯类高分子,但是聚乳酸的有些性能限制了其作为工程塑料的应用,包括耐热性、结晶性能等。而有机聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料能将无机层状硅酸盐的尺寸稳定性和热稳定性等与聚合物的韧性、加工性等优势结合起来,提升聚合物的性能,所以有机聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的研究已成为热点。本文首先用硅烷偶联剂和无机酸分别对剥分蛭石进行改性,得到氨基化和羟基化蛭石,在氨基化改性过程中,还对硅烷偶联剂的用量对复合材料的影响进行了分析。最后采用原位熔融缩聚法,通过剥分蛭石表面氨基或羟基分别与66盐和乳酸基共聚物端羧基的反应,制得以共价键结合的尼龙66/氨基改性蛭石纳米复合材料以及乳酸基共聚物/羟基改性蛭石纳米复合材料。并对剥分蛭石的官能化效果、程度以及制得的有机聚合物/改性蛭石纳米复合材料的结构及形态进行了表征,并对尼龙66/氨基改性蛭石纳米复合材料的结晶行为和力学性能以及乳酸基共聚物/羟基改性蛭石纳米复合材料的热稳定性进行了研究。研究结果表明：经过官能化改性,蛭石片层接上了反应性基团(氨基或羟基),成功得到改性蛭石。改性蛭石与有机聚合物通过原位聚合得到有机聚合物/改性蛭石纳米复合材料,并且在有机聚合物与改性蛭石之间形成了共价键。加入改性蛭石后,聚合物的形态发生很大变化,在尼龙66/氨基改性蛭石纳米复合材料中纳米颗粒在聚合物基体中出现自组装现象,从而对其性能产生影响,同时硅烷偶联剂的用量会影响蛭石的改性程度,进而影响所形成的纳米复合材料的结晶行为和力学性能等；在乳酸基共聚物/羟基改性蛭石纳米复合材料中聚乳酸链段在官能化蛭石表面的接枝效率达到了28.3%,并且聚乳酸的热稳定性也随之提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料
• 1.1.1 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法
• 1.1.2 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的性能
• 1.2 有机媒介在聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料中的作用
• 1.2.1 有机媒介的种类
• 1.2.2 无机颗粒的表面改性
• 1.2.3 有机-无机界面对纳米复合材料的影响
• 1.3 尼龙66简介及改性进展
• 1.4 聚乳酸简介及研究进展
• 1.5 本文研究内容及意义
• 第2章 剥分蛭石的表面改性及表征
• 2.1 原料及设备
• 2.2 样品的制备
• 2.2.1 剥分蛭石的制备
• 2.2.2 氨基化蛭石的制备
• 2.2.3 羟基化蛭石的制备
• 2.3 表征方法
• 2.3.1 傅立叶红外（FTIR）
• 2.3.2 热重分析（TGA）
• 2.3.3 改性蛭石接枝率的计算公式
• 2.3.4 X射线衍射（XRD）
• 29Si核磁共振波谱(²⁹Si NMR)'>2.3.5²⁹Si核磁共振波谱(²⁹Si NMR)
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 氨基化蛭石的制备及表征
• 2.4.2 羟基化蛭石的制备及表征
• 2.5 本章小结
• 第3章 尼龙66/氨基化蛭石复合材料的制备和性能研究
• 3.1 原料和设备
• 3.2 实验内容
• 3.2.1 尼龙66/氨基化蛭石复合材料的制备
• 3.2.2 尼龙66/氨基化蛭石纳米复合材料微结构的研究
• 3.2.3 尼龙66/氨基化蛭石纳米复合材料结晶行为的研究
• 3.2.4 尼龙66/氨基化蛭石纳米复合材料力学性能的研究
• 3.3 表征方法
• 3.3.1 傅里叶红外（FTIR）
• 3.3.2 粘均分子量测试
• 3.3.3 表面接枝有大分子的蛭石颗粒的表征
• 3.3.4 场发射扫描电镜（FE-SEM）
• 3.3.5 透射电镜（TEM）
• 3.3.6 X射线衍射（XRD）
• 3.3.7 差示扫描量热（DSC）
• 3.3.8 拉伸强度测试
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 尼龙66/氨基化蛭石复合材料的制备和结构表征
• 3.4.2 尼龙66/氨基化蛭石复合材料的形态分析
• 3.4.3 尼龙66/氨基化蛭石纳米复合材料性能的研究
• 3.5 本章小结
• 第4章 乳酸基共聚物/羟基化蛭石纳米复合材料的制备和性能研究
• 4.1 原料和设备
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 乳酸基共聚物/羟基化蛭石纳米复合材料的制备
• 4.2.2 乳酸基共聚物/羟基化蛭石纳米复合材料热稳定性研究
• 4.3 表征方法
• 4.3.1 傅立叶红外（FTIR）
• 4.3.2 热重分析（TGA）
• 4.3.3 表面接枝有大分子的蛭石颗粒的表征
• 4.3.4 场发射扫描电镜（FE-SEM）
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 乳酸基共聚物/羟基化蛭石纳米复合材料的制备和结构表征
• 4.4.2 乳酸基共聚物/羟基化蛭石纳米复合材料热稳定性研究
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 读硕士期间的研究成果
• 致谢