PVC/OMMT、PVC/CaCO3纳米复合材料的制备及其性能的研究

论文摘要

本论文对纳米碳酸钙和纳米蒙脱土分别进行表面处理,并分别与PVC进行熔融共混制备成纳米复合材料,研究了所制备的纳米复合材料的性能。将钠基蒙脱土用十六烷基三甲基溴化铵（CATB）进行插层处理,再用甲基丙烯酸甲酯（MMA）对蒙脱土进行表面处理,然后通过熔融共混法制备PVC（聚氯乙烯）/Org-MMT（有机化蒙脱土）纳米复合材料。用XRD和TEM对插层处理的纳米蒙脱土和纳米复合材料的结构进行了表征。对制备的PVC/Org-MMT纳米复合材料的力学性能加以考察,发现PVC/Org-MMT纳米复合材料的冲击强度和拉伸强度有所下降。DSC（差示扫描量热仪）、TGA（热重分析仪）和维卡软化点测定表明有机化蒙脱土的加入能够使纳米复合材料的热稳定性提高,但Tg（玻璃化转变温度）变化不大。通过流变仪测试表明PVC/Org-MMT纳米复合材料的流变曲线呈幂律关系且与聚合物相比具有更强的切力变稀行为。非牛顿指数n随着温度的增加而增大,在恒定温度下,随有机蒙脱土含量的增加非牛顿指数n逐渐减小,表观粘度略显增大。表观粘度对温度的依赖性符合Arrhenius-Eyring方程。采用硅烷偶联剂（KH-570）对纳米碳酸钙进行表面处理,然后通过熔融共混法制备PVC/nano-CaCO3（纳米碳酸钙）复合材料,用TEM观察了nano-CaCO3粒子在PVC基体中的分散状况。随着nano-CaCO3用量的加大,复合材料的冲击强度、维卡软化点温度和失重残余量都有所提高,热分解温度的变化不大,Tg是先下降然后又有所增加。在nano-CaCO3的用量为8份,CPE的用量在8-10份时,冲击强度达到最大;ACR的加入对冲击强度没有太大影响。拉伸强度随nano-CaCO3用量的增大,实验曲线先是下降,然后在nano-CaCO3用量为8份时有个突然增加,之后又开始下降,说明nano-CaCO3的加入有利于提高拉伸强度。从PVC/nano-CaCO3复合材料的流动曲线来看,均为假塑性流体,表观粘度随温度的升高而下降;当nano-CaCO3用量较少时,对表观粘度的影响不大,当nano-CaCO3用量较多时,在一定的剪切速率下,表观粘度有明显增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 PVC 概况及研究状况
• 1.2.1 PVC 的概况
• 1.2.2 PVC 的主要性能
• 1.2.3 PVC 的研究状况
• 1.3 PVC 的共混改性
• 1.3.1 PVC/CPE 共混物的性能与用途
• 1.3.2 加工助剂型ACR 与PVC 共混的改性作用
• 1.4 纳米粒子的结构与性能
• 1.4.1 小尺寸效应（Kubo 效应）
• 1.4.2 量子尺寸效应
• 1.4.3 表面效应
• 1.5 纳米粒子的表面改性
• 1.5.1 表面物理吸附、包覆改性
• 1.5.2 表面化学改性
• 1.6 纳米技术在国内的发展背景及其纳米复合材料的概述
• 1.7 本论文的研究内容、研究目标与个人贡献
• 第二章 PVC/蒙脱土纳米复合材料的制备及性能研究
• 2.1 实验
• 2.2 钠基蒙脱土的表面处理
• 2.2.1 蒙脱土的有机化处理
• 2.2.2 乳液聚合法对蒙脱土的处理
• 2.3 聚氯乙烯/蒙脱土纳米复合材料制备的实验步骤
• 2.4 实验工艺流程图
• 2.5 性能测试
• 2.5.1 冲击强度测定
• 2.5.2 拉伸强度测定
• 2.5.3 流变试验
• 2.5.4 蒙脱土及其复合材料的X 射线衍射分析（XRD）
• 2.5.5 复合材料透射电镜（TEM）分析
• 2.5.6 维卡软化点的测定
• 2.5.7 热重（TG）分析
• 2.5.8 差示扫描量热法分析（DSC）
• 2.6 结果与讨论
• 2.6.1 蒙脱土的有机化改性分析
• 2.6.2 PVC/有机蒙脱土纳米复合材料的X 射线衍射分析
• 2.6.3 PVC/Org-MMT 纳米复合材料的TEM 照片分析
• 2.6.4 PVC/ACR/CPE/纳米 OMMT 共混物的冲击强度随 CPE、纳米 OMMT和ACR 用量变化的实验曲线
• 2.6.5 PVC/ACR/CPE/纳米 OMMT 共混物的拉伸强度随 CPE、纳米 OMMT 用量变化的实验曲线
• 2.6.6 PVC 及其共混物的流变性能的测试
• 2.6.7 蒙脱土的用量对复合材料维卡软化点的影响
• 2.6.8 PVC/Org-MMT 纳米复合材料的DSC 分析
• 2.6.9 PVC/Org-MMT 纳米复合材料的TG 分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 PVC/碳酸钙纳米复合材料的制备及性能研究
• 3.1 实验
• 3.2 纳米碳酸钙的表面处理
• 3.3 聚氯乙烯/纳米碳酸钙复合材料制备的实验步骤
• 3.4 实验工艺流程图
• 3.5 性能测试
• 3.5.1 冲击强度测定
• 3.5.2 拉伸强度测定
• 3.5.3 流变试验
• 3.5.4 复合材料透射电镜（TEM）分析
• 3.5.5 维卡软化点的测定
• 3.5.6 热重（TG）分析
• 3.5.7 差示扫描量热法分析（DSC）
• 3.6 结果与讨论
• 3.6.1 PVC/纳米CaC03 复合材料的TEM 分析
• 3和 ACR用量变化的实验曲线'>3.6.2 PVC/ACR/CPE/纳米CaCO3共混物的冲击强度随 CPE、纳米 CaCO₃和 ACR用量变化的实验曲线
• 3共混物的拉伸强度随 CPE、纳米 CaCO3 用量变化的实验曲线'>3.6.3 PVC/ACR/CPE/纳米CaCO₃共混物的拉伸强度随 CPE、纳米 CaCO3 用量变化的实验曲线
• 3的用量对共混物维卡软化点的影响'>3.6.4 纳米CaCO₃的用量对共混物维卡软化点的影响
• 3的用量对复合材料流变性能的影响'>3.6.5 nano-CaCO₃的用量对复合材料流变性能的影响
• 3.6.6 温度对复合材料流变性能的影响
• 3复合材料的DSC分析'>3.6.7 PVC/ nano-CaCO₃复合材料的DSC分析
• 3复合材料的TG分析'>3.6.8 PVC/ nano-CaCO₃复合材料的TG分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 结论与建议
• 4.1 结论
• 4.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文
• 作者简介