聚乙烯醇/蒙脱土纳米复合材料的研究

论文题目: 聚乙烯醇/蒙脱土纳米复合材料的研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 材料物理与化学

作者: 张英杰

导师: 彭人勇

关键词: 聚乙烯醇,蒙脱土,纳米复合材料,结构与性能,化学改性

文献来源: 青岛科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 聚合物/层状硅酸盐(Polymer/Layered Silicate,PLS)纳米复合材料是以聚合物为基体,以纳米分散的硅酸盐片层作为填料的新型复合材料,由于它在改善聚合物的力学性能、耐热性、光学性能、阻燃性及气体阻隔性等方面性能的优良表现,近几年得到了广泛的研究。本课题研究了聚乙烯醇/蒙脱土(PVA/MMT)纳米复合材料体系的制备、结构、性能和化学改性,主要内容分为三个部分: 首先,从某地钠质蒙脱土矿物加工出发,研究了不同加工条件对蒙脱土结构与性能的影响,经提纯得到高纯度蒙脱土。实验结果表明,在球磨粉碎过程中蒙脱土矿物的平均粒径、离子交换容量、亨特白度、吸蓝量、胶质价、膨胀倍以及流变性等都与球磨时间存在密切联系,并随着粉碎时间呈现一定的变化规律。XRD和FT-IR分析表明,蒙脱土发生的这些变化是由它在粉碎过程中受到机械力化学作用而产生的晶格结构畸变和无定形化引起的。蒙脱土矿物的不同粉碎时间还影响了从蒙脱土中提纯蒙脱石的收率。其次,采用溶液插层-流延成膜法,由钠质蒙脱土悬浮液和PVA溶液直接制备得到了PVA/MMT纳米复合材料,并对该复合材料进行了结构表征。XRD测试结果表明,复合材料中的蒙脱石的层间距显著增大,表明PVA分子进入了蒙脱石的片层之间;TEM照片清晰显示了蒙脱石片层在PVA基体中均匀分散的纳米结构;SEM测试中观察到了复合材料断裂时裂纹的纳米结构形貌。TGA分析表明复合材料的热性能比纯PVA有较大提高。通过正交试验法,研究了PVA/MMT纳米复合材料制备过程中悬浮液pH值、投料方式和分散方式对材料结构的影响,确定了最佳的制备条件。力学性能测试表明,PVA/MMT纳米复合材料的杨氏模量提高显著,蒙脱土含量为10%时复合材料的杨氏模量是纯PVA的3.03倍;拉伸强度和直角撕裂强度随着蒙脱土含量先增大后减小,对蒙脱土含量变化敏感,二者最多分别提高了21.5%和20.0%;复合材料的断裂伸长率则呈现下降趋势,蒙脱土含量10%时仅为纯PVA的53.5%;不同增塑剂和增塑剂含量对拉伸强度、断裂伸长率和直角撕裂强度有一定影响;耐水性测试表明,纳米复合材料的吸水率和吸水速度与蒙脱土含量比纯PVA有显著下降;透湿性测试表明,纳米复

论文目录:

第一章文献综述及课题选择

1.1 引言

1.2 聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料及其研究现状

1.2.1 聚合物／蒙脱土纳米复合材料的形成机理

1.2.1.1 层状硅酸盐的结构特征

1.2.1.2 蒙脱土的有机化改性

1.2.1.3 聚合物—有机化蒙脱土纳米复合材料形成过程分析

1.2.2 聚合物／蒙脱土纳米复合材料的制备方法

1.2.3 聚合物／蒙脱土纳米复合材料的结构

1.2.3.1 聚合物／蒙脱土纳米复合材料的结构模型

1.2.3.2 聚合物／蒙脱土纳米复合材料的表征

1.2.4 聚合物／蒙脱土纳米复合材料的性能

1.2.5 PLS纳米复合材料的应用前景

1.3 聚乙烯醇树脂在薄膜方面的研究和应用状况

1.3.1 聚乙烯醇的性能

1.3.2 聚乙烯醇在包装薄膜中的应用

1.3.3 聚乙烯醇的改性方法及存在的问题

1.4 课题的选择

1.4.1 课题选择的依据

1.4.2 本课题的研究内容和意义

第二章蒙脱土矿物的超细粉碎及其结构与性能的变化

2.1 试验仪器与试剂

2.2 蒙脱土矿物的超细加工及提纯

2.2.1 样品的采集

2.2.2 蒙脱土的超细粉碎

2.2.3 蒙脱土的提纯

2.3 超细加工蒙脱土的性能测试与结构表征

2.3.1 物理化学性能测试

2.3.2 结构分析

2.4 结果与分析

2.4.1 球磨粉碎过程对蒙脱土物理化学性能的影响

2.4.1.1 球磨时间对蒙脱土粒度的影响

2.4.1.2 球磨时间对蒙脱土离子交换容量的影响

2.4.1.3 球磨时间对蒙脱土吸蓝量的影响

2.4.1.4 球磨时间对亨特白度的影响

2.4.1.5 球磨时间对胶质价和膨胀倍的影响

2.4.1.6 球磨时间对蒙脱土悬浮体系流变性能的影响

2.4.2 结构分析

2.4.2.1 XRD分析

2.4.2.2 FT-IR分析

2.4.2.3 物理化学性能变化机理探讨

2.4.3 球磨时间对蒙脱土提纯收率的影响

2.5 本章小结

第三章 PVA／MMT纳米复合材料的制备与表征

3.1 仪器与试剂

3.2 PVA／MMT纳米复合材料的制备

3.2.1 原材料准备

3.2.2 纳米复合材料薄膜的制备

3.3 纳米复合材料的表征

3.3.1 XRD测试

3.3.2 TEM测试

3.3.3 SEM测试

3.3.4 TGA表征

3.4 结果与讨论

3.4.1 XRD表征

3.4.2 TEM表征

3.4.3 SEM表征

3.4.4 TGA表征

3.4.5 PVA／MMT纳米复合材料的形成机理

3.5 本章小结

第四章 PVA／MMT纳米复合材料的制备条件和性能研究

4.1 仪器和试剂

4.2 实验部分

4.2.1 制备条件的选择

4.2.2 力学性能测试

4.2.3 耐水性能测试

4.2.4 透光性能测试

4.2.5 水蒸气透过性能测试

4.3 结果与分析

4.3.1 制备条件的选择

4.3.1.1 投料方式的影响

4.3.1.2 pH值的影响

4.3.1.3 分散方式的影响

4.3.2 PVA／MMT纳米复合材料的力学性能

4.3.2.1 蒙脱土含量对PVA／MMT纳米复合材料拉伸强度的影响

4.3.2.2 蒙脱土含量对PVA／MMT纳米复合材料弹性模量的影响

4.3.2.3 蒙脱土含量对PVA／MMT纳米复合材料断裂伸长率的影响

4.3.2.4 蒙脱土含量对PVA／MMT纳米复合材料直角撕裂强度的影响

4.3.2.5 蒙脱土不同粉磨时间对PVA／MMT纳米复合材料力学性能的影响

4.3.2.6 增塑剂含量对PVA／MMT纳米复合材料力学性能的影响

4.3.3 PVA／MMT的耐水性能

4.3.4 PVA／MMT的光透过性能

4.3.5 PVA／MMT的水蒸气透过性能

4.4 本章小结

第五章 PVA／MMT纳米复合材料的化学改性研究

5.1 仪器和试剂

5.2 实验部分

5.2.1 四硼酸钠交联改性PVA／MMT纳米复合材料

5.2.2 戊二醛交联改性PVA／MMT纳米复合材料

5.2.3 交联改性PVA／MMT纳米复合材料的性能测试

5.3 结果与讨论

5.3.1 四硼酸钠对PVA／MMT纳米复合材料的交联改性

5.3.1.1 四硼酸钠交联改性PVA／MMT纳米复合材料的机理

5.3.1.2 四硼酸钠用量与PVA／MMT纳米复合材料的耐水性能的影响

5.3.1.3 四硼酸钠用量与PVA／MMT纳米复合材料的力学性能的影响

5.3.2 戊二醛对PVA／MMT纳米复合材料的交联改性

5.3.2.1 戊二醛交联改性PVA／MMT纳米复合材料的机理

5.3.2.2 戊二醛用量与PVA／MMT纳米复合材料的耐水性能的影响

5.3.2.3 戊二醛用量与PVA／MMT纳米复合材料的力学性能的影响

5.4 戊二醛交联PVA/MMT纳米复合材料与PVA的性能比较

5.5 本章小结

第六章论文工作总结

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文

发布时间: 2005-07-27

参考文献

[1].聚乙烯醇/蒙脱土/二氧化钛复合薄膜的研究[D]. 王志栋.青岛科技大学2007
[2].水溶性聚合物/蒙脱土纳米复合浆料的制备、表征及性能研究[D]. 陈敏.四川大学2007
[3].不饱和聚酯/蒙脱土纳米复合材料阻燃性能及蒙脱土阻燃协效作用研究[D]. 李宗剑.河北工业大学2007
[4].酚醛树脂/蒙脱土纳米复合材料改性研究[D]. 方群.西南林学院2008
[5].聚丙烯酸酯/蒙脱土复合材料的合成与表征[D]. 刘静.河北大学2008
[6].蒙脱土改性聚乙烯纳米复合材料介电性能的研究[D]. 李入鹏.哈尔滨理工大学2007
[7].环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料研究[D]. 周忠福.辽宁工程技术大学2002
[8].蒙脱土/聚合物纳米复合材料的制备及性能研究[D]. 张晓亮.安徽大学2013
[9].纳米蒙脱土在轮胎用橡胶中的应用研究[D]. 孙良栋.青岛大学2009
[10].聚合物/蒙脱土纳米复合材料拉伸后的结晶研究[D]. 刘奕燎.浙江大学2010

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