聚苯乙烯/海泡石复合材料改性研究

论文摘要

聚合物/层状硅酸盐复合材料以其优异的机械性能、耐热以及阻隔性能日益受到材料科学界的广泛亲睐。利用硅酸盐粘土的特性探索新的、有效的分散方法，硅酸盐粘土的分散状态及界面作用对复合材料性能的影响一直是此类研究的焦点。本研究以聚苯乙烯为基体，用两种不同形态的海泡石添料来制备聚苯乙烯/海泡石复合材料。首先使用十六烷基三甲基溴化铵通过离子交换法来对海泡石进行表面插层处理，然后用其与苯乙烯单体进行原位插层乳液聚合，将聚合后的产物与聚苯乙烯再进行熔融插层，最后制得聚苯乙烯/海泡石复合材料。通过X射线衍射(XRD)，扫描电子显微镜(SEM)，透射电子显微镜(TEM),热重分析法(TGA),机械性能测试等测试手段对聚苯乙烯/海泡石纳米复合材料的微观结构及热性能、力学性能进行了测试。XRD测试发现，经过多次插层处理后海泡石层间距明显增大，最大值达2.81nm。通过SEM, TEM照片发现，在聚苯乙烯/纯海泡石复合材料中，没有经过表面处理的海泡石，以其原有的形态存在于聚合物基体中；经过多次插层处理后的海泡石，大多数均匀地分散在聚合物基体中，只有少量出现了团聚现象。图片还显示海泡石至少在一维方向达到了纳米级，且与基体有很好的相界面结合；TGA分析表明：聚苯乙烯/海泡石复合材料与纯聚苯乙烯相比，其起始失重温度提高了24℃、终了热失重温度提高了16℃，最大热失重温度提高了18℃。力学性能测试表明：聚苯乙烯/海泡石纳米复合材料的冲击强度纯聚苯乙烯有了较大改善。聚苯乙烯/海泡石(绒)复合材料中，当改性海泡石的添加量为4%时，复合材料的冲击强度达到最大，其中1:2系列最优。聚苯乙烯/海泡石(粉)复合材料中，1:2系列中添加量为2%时其冲击强度最为突出，其冲击强度较纯聚苯乙烯提高了37.7%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 第二章 文献综述
• 2.1 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料
• 2.1.1 聚合物材料
• 2.1.2 层状硅酸盐材料
• 2.1.3 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料
• 2.2 纳米复合材料的类型
• 2.3 层状硅酸盐的表面处理
• 2.3.1 表面吸附法改性
• 2.3.2 离子交换法改性
• 2.3.3 利用形成共价键的方法改性
• 2.3.4 接枝改性法
• 2.4 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法
• 2.4.1 聚合物溶液插层法
• 2.4.2 聚合物熔融插层法
• 2.4.3 插层聚合
• 2.4.3.1 本体聚合插层法
• 2.4.3.2 悬浮聚合插层法
• 2.4.3.3 乳液聚合插层法
• 2.4.4 乳液聚合插层法与其他方法的对比
• 2.4.5 乳液聚合插层法研究进展
• 2.4.6 插层法制备聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料研究进展
• 2.4.7 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料应用
• 2.5 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料研究中存在的问题
• 2.6 本研究创新点
• 第三章 实验材料与方法
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 实验试剂
• 3.1.2 实验仪器
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 海泡石的提纯
• 3.2.2 苯乙烯单体的精制
• 3.2.3 海泡石表面处理
• 3.2.4 聚苯乙烯/海泡石复合材料的制备
• 3.2.4.1 原位插层乳液聚合
• 3.2.4.2 铸带、造粒
• 3.2.4.3 压板、制样条
• 3.3 分析与测试
• 3.3.1 粉末的密度测试
• 3.3.2 分子量测定
• 3.3.3 机械性能测定
• 3.3.3.1 冲击强度测定
• 3.3.3.2 拉伸强度测定
• 3.3.4 形态与结构测试
• 3.3.5 热性能的测定
• 第四章 结果与讨论
• 4.1 粉体的相对密度
• 4.1.1 海泡石绒的相对密度
• 4.1.2 海泡石粉的相对密度
• 4.2 分子量
• 4.3 聚苯乙烯/海泡石复合材料的微观形貌分析
• 4.3.1 两种海泡石的形态
• 4.3.2 聚苯乙烯/海泡石复合材料的透射电镜分析
• 4.3.3 聚苯乙烯/海泡石复合材料的扫描电镜分析
• 4.4 聚苯乙烯/海泡石复合材料的 XRD 分析
• 4.4.1 不同处理方式对海泡石绒层间距的影响
• 4.4.2 不同处理方式对海泡石粉层间距的影响
• 4.5 复合材料的热性能
• 4.6 复合材料的机械性能
• 4.6.1 聚苯乙烯/海泡石复合材料的冲击性能
• 4.6.1.1 聚苯乙烯/海泡石绒复合材料的冲击性能
• 4.6.1.2 苯乙烯/海泡石粉复合材料的冲击性能
• 4.6.2 聚苯乙烯/海泡石复合材料的拉伸性能
• 4.6.2.1 聚苯乙烯/海泡石绒复合材料的拉伸性能
• 4.6.2.2 聚苯乙烯/海泡石粉复合材料的拉伸性能
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录