聚对苯二甲酸乙二酯/蒙脱土纳米复合材料的制备及结构性能研究

论文摘要

聚合物/层状硅酸盐纳米复合体系能大幅度提高材料的力学,耐热和气体阻隔等性能,有望成为制备高性能聚合物基复合材料的一种低成本,工艺简单的新方法。PET作为用量较大的一类通用塑料,如果能通过硅酸盐纳米复合大幅度提高其力学,耐热性能,结晶性能,将具有很大的实用价值和经济意义。因此PET/蒙脱土纳米复合材料的研究也备受关注。在PET/蒙脱土纳米复合材料的制备,结构和性能的表征等方面也有研究报道,而在熔融插层和分散机理,纳米复合材料的结构与性能及应用方面还缺乏深入研究。 本文在文献综述的基础上,主要以改性蒙脱土,和PET为原料,采用双螺杆挤出机进行共混,用熔融插层法制备了PET/蒙脱土插层复合材料。系统地研究了PET离聚物/蒙脱土的结构性能,并进行了PET/蒙脱土的增韧研究,最后以再生PET为原料,制备纳米复合材料应用于工程塑料和纤维纺丝材料,取得了以下主要研究结果。 1.采用水溶液阳离子交换法,制备了不同的有机胺改性蒙脱土,用WAXD,FT-IR,TGA表征了插层效果。实验结果表明,小分子有机胺对蒙脱土插层作用较弱,层间距增大不明显;长链有机胺对蒙脱土有较好的插层作用,烷基链越长,处理后蒙脱土的片层间距越大,且双烷基有机胺比单烷基有机胺更有利于插层结构形成:在所选有机处理剂中,双十八烷基二甲基氯化铵有机化蒙脱土插层效果最好,有机蒙脱土片层间距最大。 2.采用聚合插层的方法制备了一系列SPET/蒙脱土纳米复合材料,比较了复合材料与纯SPET的热力学性能。结果表明,SIPM在2～8mol%范围内,随其含量的增加,逐渐改善了蒙脱土片层在SPET中分散;-SO3Na与MMT片层的相互偶极作用使粘土层间距增大;硅酸盐对SPET的结晶具有异相成核作用,减弱了离子对的相互作用,大大提高了离子含量较高的SPET6M和SPET8M5的结晶性能;SPET/MMT纳米复合材料具有比纯SPET更好的热稳定性,这是由于蒙脱土本身的高热稳定性,以及其二维层状结构阻碍了聚合物分子链的分解,提高了热分解温度。 3.研究了蒙脱土对PET结晶性能,热稳定性和力学性能的影响。结果表明,用熔融共混法可制备插层型PET/蒙脱土纳米复合材料,且当有机蒙脱土含量为1%时,有较好的插层效果;有机蒙脱土的加入改善了PET的结晶性能。蒙脱土在PET基体中起到了结晶成核剂的

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备途径
• 1.2.1 蒙脱土的特性及其有机改性
• 1.2.2 聚合物/蒙脱土纳米复合材料制备方法
• 1.2.3 聚合物/蒙脱土纳米复合材料制备的热力学及动力学研究
• 1.2.3.1 热力学研究
• 1.2.3.2 动力学研究
• 1.3 PET/蒙脱土纳米复合材料研究进展
• 1.3.1 有机处理剂的选择
• 1.3.2 PET/蒙脱土纳米复合材料的制备
• 1.3.3 PET/蒙脱土纳米复合材料的结构表征与性能
• 1.3.3.1 MMT在 PET基体中分散状态的表征
• 1.3.3.2 结晶性能
• 1.3.3.3 流变性能
• 1.3.3.4 MMT对气体阻隔性能
• 1.3.3.5 力学性能和热学性能的表征
• 1.4 PET增韧改性的研究进展
• 1.4.1 聚合物/弹性体增韧机理研究概况
• l.4.2 PET/弹性体的增韧研究
• 1.5 纳米复合材料纺丝性能研究进展
• 1.6 本文研究的目的和主要内容
• 参考文献
• 第二章 蒙脱土有机处理及表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料及试剂
• 2.2.2 有机蒙脱土的制备
• 2.2.3 蒙脱土的结构性能表征
• 2.2.3.1 广角 X-射线衍射（WAXD）
• 2.2.3.2 红外光谱（FT-IR）分析
• 2.2.3.3 热失重分析（ TGA）测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 WAXD分析
• 2.3.2 FT-IR分析
• 2.3.3 热失重分析（TGA）
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 SPET离聚物/蒙脱土纳米复合材料的制备及表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料
• 3.2.2 离聚物及其蒙脱土复合材料的制备
• 3.2.3 测试
• 3.2.3.1 广角X-射线衍射（WAXD）
• 3.2.3.2 透射电子显微镜测试（TEM）
• 3.2.3.3 原子力显微镜分析（AFM）
• 3.2.3.4 DSC分析
• 3.2.3.5 热失重分析〔TGA)
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 WAXD分析
• 3.3.2 TEM分析
• 3.3.3 AFM分析
• 3.3.4 DSC分析
• 3.3.5 热失重分析
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 蒙脱土对 PET结晶性能、热稳定性和力学性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料及试剂
• 4.2.2 PET/MMT复合材料试样的制备
• 4.2.3 测试与表征
• 4.2.3.1 广角X-射线衍射（WXRD）测定
• 4.2.3.2 透射电镜（TEM）测定
• 4.2.3.3 差示扫描量热（DSC）分析
• 4.2.3.4 热失重（TGA）分析
• 4.2.3.5 材料力学性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 WAXD分析
• 4.3.2 TEM分析
• 4.3.3 PET/蒙脱土复合材料的结晶性能
• 4.3.4 PET/MMT纳米复合材料的耐热性能研究
• 4.3.4.1 TGA分析
• 4.3.4.2 热变形温度（HDT）分析
• 4.3.5 PET/MMT复合材料的力学性能研究
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 PET/MMT纳米复合材料的增韧及增强
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 原料及试剂
• 5.2.2 PET/MMT纳米 复合材料及试样条制备
• 5.2.3 测试与表征
• 5.2.3.1 WAXD测定
• 5.2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）观察
• 5.2.3.3 透射电子显微镜（TEM）测试
• 5.2.3.4 原子力显微镜（AFM）测定
• 5.2.3.5 差示扫描量热分析（DSC）
• 5.2.3.6 材料力学性能测试
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 WAXD分析
• 5.3.2 TEM分析
• 5.3.3 AFM分析
• 5.3.4 PET/MMT/弹性体复合材料的力学性能
• 5.3.5 共混物冲击断面形态结构
• 5.3.6 DSC分析
• 5.3.7 PET/MMT/弹性体/玻纤组份工程塑料性能研究
• 5.3.7.1 蒙脱土的影响
• 5.3.7.2 弹性体的影响
• 5.3.7.3 玻纤的影响
• 5.3.7.4 结晶成核剂及增容剂的影响
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 PET/弹性体/蒙脱土复合材料的流变性能
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 原料及试剂
• 6.2.2 PET/弹性体/MMT复合材料制备
• 6.2.3 流变性能的测试
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 表观粘度与剪切速率的关系
• 6.3.2 粘度对温度的依赖性
• 6.3.3 非牛顿指数n
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 第七章 回收 PET/蒙脱土纳米复合材料的可纺丝性及结构性能研究
• 7.1 引言
• 7.2 实验部分
• 7.2.1 原料及试剂
• 7.2.2 纺丝用粒料制备
• 7.2.3 PET/MMT复合材料的纺丝
• 7.3 结果与讨论
• 7.3.1 PET/ MMT复合材料的可纺性比较
• 7.3.2 PET/蒙脱土纳米复合材料的纺丝及拉伸工艺比较
• 7.3.3 PET/MMT纤维的结构与性能
• 7.3.3.1 结晶性能
• 7.3.3.2 PET/MMT纤维的力学性能
• 7.3.3.3 干热收缩率
• 7.3.3.4 PET/MMT纤维的染色性能
• 7.4 本章小结
• 参考文献
• 第八章 全文总结
• 攻读博士学位期间发表及待发表的论文
• 致谢