环境友好热塑性淀粉/蒙脱石纳米复合材料的研究

论文题目: 环境友好热塑性淀粉/蒙脱石纳米复合材料的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 应用化学

作者: 黄明福

导师: 于九皋

关键词: 纳米复合材料,热塑性淀粉,蒙脱石,柠檬酸,尿素

文献来源: 天津大学

发表年度: 2005

论文摘要: 聚合物基纳米复合材料是纳米材料领域迅速发展、应用前景广阔的重要材料。本文从生态、资源、环境可持续发展角度出发,用不同塑化剂体系对天然玉米淀粉进行塑化,采用“熔体插层技术”制备的环境友好TPS/MMT纳米复合材料,并对其结构和性能进行了研究。首先使用甘油塑化TPS,以钠蒙脱石作为增强填料,采用熔融共混二次挤出的方法制备了蒙脱石增强GTPS。FT-IR分析发现MMT分子可反应羟基和淀粉分子羟基之间有氢键和强吸附作用,破坏了GTPS中淀粉分子之间氢键。SEM显示MMT处于亚微米过渡填充态,均匀地分散在GTPS基体中,形成稳定的多相结构。和纯GTPS相比,复合材料具有良好力学性能;其拉伸强度、杨氏模量分别达到27.34MPa、206.74MPa;同时热稳定性提高,吸水性能下降。用乙醇胺和柠檬酸对MMT进行了活化,其层间距由原MMT的1.01nm增大到EMMT的1.25nm和CMMT的1.55nm,蒙脱石的层间微环境被改善,有利于和TPS作用形成纳米复合材料。利用小分子塑化剂、淀粉和蒙脱石活化改性剂分子间形成氢键的强弱与熔体粘度的差异,采用“熔体插层技术”成功的制备了插层型FETPS/EMMT、剥离型UFTPS/CMMT、剥离型UETPS/EMMT三种纳米复合材料。FETPS/EMMT、UFTPS/CMMT、UETPS/EMMT三种纳米复合材料力学性能明显高于纯热塑性淀粉,最大拉伸应力依次为7.5 MPa、24.86 MPa、29.81 MPa,拉伸应变依次为85.2%、134.5%、152.1%,杨氏模量依次为145.1 MPa、625.3MPa、734.6 MPa;X-ray衍射证明三种纳米复合材料均很好抑制了传统GTPS长时间放置的结晶行为;同时纳米复合材料的热稳定性和耐水性能均好于纯TPS。在制备纳米复合材料过程中,蒙脱石活化改性剂、塑化剂和淀粉分子间形成氢键越强,材料的剪切粘度越小,TPS分子链越容易插入MMT层间,利于形成纳米复合材料;反之,不利于纳米复合材料的形成。发现UETPS/EMMT纳米复合材料经液氮低温冷冻处理后出现网状纤维结构,这是该纳米复合材料具有较高力学性能的主要原因。

论文目录:

第一章绪论

1.1 层状硅酸盐粘土矿简介

1.1.1 概述

1.1.2 层状硅酸盐粘土矿的分类

1.1.3 层状硅酸盐粘土矿的化学组成

1.1.4 层状硅酸盐粘土矿的物化性质

1.1.5 蒙脱石的组成、结构和性质

1.1.5.1 蒙脱石的组成

1.1.5.2 蒙脱石的结构

1.1.5.3 蒙脱石的性质

1.1.6 总结

1.2 热塑性淀粉基生物分解塑料研究进展

1.2.1 概述

1.2.2 淀粉简介

1.2.3 热塑性淀粉与聚酯类聚合物复合体系

1.2.3.1 热塑性淀粉与聚乳酸复合体系

1.2.3.2 热塑性淀粉与聚(ε-己内酯)复合体系

1.2.3.3 热塑性淀粉与聚羟基酯醚复合体系

1.2.3.4 热塑性淀粉与聚酯酰胺、聚酯脲和聚氨酯复合体系

1.2.3.5 热塑性淀粉与醇酸共聚物复合体系

1.2.4 热塑性淀粉与聚乙烯醇及其共聚物复合体系

1.2.5 热塑性淀粉与纤维素等天然聚合物复合体系

1.2.6 总结

1.3 聚合物/蒙脱石矿物纳米复合材料研究进展

1.3.1 概述

1.3.2 聚合物/蒙脱石矿物纳米复合材料制备

1.3.3 聚合物/蒙脱石矿物纳米复合材料结构

1.3.4 聚合物/蒙脱石矿物纳米复合材料性能

1.3.4.1 聚合物/蒙脱石纳米复合材料力学性能

1.3.4.2 聚合物/蒙脱石纳米复合材料热稳定性

1.3.4.3 聚合/蒙脱石纳米复合材料结晶行为

1.3.4.4 聚合物/蒙脱石纳米复合材料流变行为

1.3.4.5 PMN 气液阻隔性能

1.3.4.6 PMN 的阻燃性能

1.3.5 PMN 制备过程理论分析

1.3.5.1 插层过程的热力学理论

1.3.5.2 插层过程的动力学理论

1.3.5.3 插层过程的平均场理论

1.3.6 总结

1.4 本论文研究的目的意义和内容.

1.4.1 研究目的和意义

1.4.2 研究内容

第二章蒙脱石增强甘油塑化热塑性淀粉

2.1 引言

2.2 实验

2.2.1 原料、试剂和设备.

2.2.2 粘土增强热塑性淀粉复合材料的制备

2.2.2.1 热塑性淀粉的制备

2.2.2.2 粘土增强热塑性淀粉复合材料的制备

2.2.3 结构表征和性能测试

2.2.3.1 红外分析

2.2.3.2 扫描电镜

2.2.3.3 力学性能

2.2.3.4 X-射线衍射

2.2.3.5 流变性能

2.2.3.6 热分析

2.2.3.7 吸水性能

2.3 结果与讨论

2.3.1 粘土种类、性质和加工次数的优化选择

2.3.1.1 复合材料中粘土矿物种类的选择

2.3.1.2 复合材料中不同性质蒙脱石矿物的选择.

2.3.2 FT-IR 分析

2.3.3 微观形貌

2.3.4 力学性能

2.3.4.1 蒙脱石含量对复合材料力学性能的影响

2.3.4.2 水分含量对材料力学性能的影响

2.3.5 结晶行为

2.3.6 流变行为

2.3.7 热稳定性

2.3.8 耐水性能

2.4 小结

第三章插层型 FETPS/EMMT 纳米复合材料

3.1 引言

3.2 实验

3.2.1 原料、试剂和设备

3.2.2 热塑性淀粉/蒙脱石纳米复合材料的制备

3.2.2.1 蒙脱石的活化

3.2.2.2 热塑性淀粉的制备

3.2.2.3 热塑性淀粉/蒙脱石纳米复合材料的制备

3.2.3 结构表征和性能测试

3.2.3.1 广角 X-射线衍射

3.2.3.2 扫描电镜和透射电镜

3.2.3.3 力学性能

3.2.3.4 耐水性能

3.2.3.5 热分析

3.3 结果与讨论

3.3.1 甲酰胺乙醇胺混合塑化剂对TPS 力学性能的影响

3.3.2 热塑性淀粉种类优化选择

3.3.3 广角X 射线衍射分析

3.3.4 微观形貌

3.3.5 力学性能

3.3.6 结晶行为

3.3.7 耐水性能

3.3.8 热稳定性

3.4 小结

第四章剥离型 UFTPS/CMMT 纳米复合材料

4.1 引言

4.2 实验

4.2.1 原料、试剂和设备

4.2.2 热塑性淀粉/蒙脱石纳米复合材料的制备

4.2.2.1 热塑性淀粉的制备

4.2.2.2 蒙脱石的活化

4.2.2.3 热塑性淀粉/蒙脱石纳米复合材料的制备

4.2.3 结构表征和性能测试

4.2.3.1 X-射线衍射

4.2.3.2 扫描电镜和透射电镜

4.2.3.3 静态力学性能

4.2.3.4 动态力学性能分析

4.2.3.5 流变行为

4.2.3.6 差示扫描量热分析

4.2.3.7 热失重分析

4.2.3.8 耐水性能

4.3 结果与讨论

4.3.1 X-ray 测试

4.3.2 微观形貌

4.3.3 静态力学性能

4.3.3.1 蒙脱石性质对复合材料力学性能的影响

4.3.3.2 蒙脱石含量对纳米复合材料力学性能的影响

4.3.3.3 水分含量对纳米复合材料力学性能的影响

4.3.4 动态力学性能分析

4.3.5 流变行为分析

4.3.6 结晶行为

4.3.7 差示扫描量热分析

4.3.8 热失重分析

4.3.9 耐水性能

4.4 小结

第五章 UETPS/EMMT 纳米复合材料

5.1 引言

5.2 实验

5.2.1 原料、试剂和设备

5.2.2 热塑性淀粉/蒙脱石纳米复合材料的制备

5.2.2.1 热塑性淀粉的制备

5.2.2.2 蒙脱石的活化

5.2.2.3 UETPS/EMMT纳米复合材料的制备

5.2.3 结构表征和性能测试

5.2.3.1 广角X-射线衍射

5.2.3.2 扫描电镜和透射电镜

5.2.3.3 力学性能

5.2.3.4 耐水性能

5.2.3.5 热分析

5.3 结果与讨论

5.3.1 尿素乙醇胺混合塑化剂对 TPS 力学性能的影响

5.3.2 广角X射线衍射分析

5.3.3 微观形貌

5.3.4 力学性能

5.3.5 耐水性能

5.3.6 热稳定性

5.3.7 结晶行为

5.4 小结

第六章结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读博士期间发表论文

附录

致谢

发布时间: 2006-05-24

参考文献

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[2].层状粘土改性脂肪族聚酯纳米复合材料的制备、结构和性能研究[D]. 毛龙.湖南工业大学2018
[3].钽铌酸钾/聚偏氟乙烯纳米复合材料微结构设计及介电性能研究[D]. 陈高汝.哈尔滨理工大学2018
[4].水滑石—碳基量子点纳米复合材料的制备及其吸附和催化性能研究[D]. 姚庆峰.北京化工大学2018
[5].纳米碳/环氧形状记忆聚合物复合材料的制备及微波驱动性能研究[D]. 陈垒.哈尔滨工业大学2018
[6].多孔碳纳米复合材料制备及其电催化应用研究[D]. 刘坚.东北师范大学2018
[7].碳基纳米复合材料的制备及其电化学性能研究[D]. 邱小明.北京科技大学2019
[8].PMMA基物理约束微发泡纳米复合材料的结构控制及电磁性能[D]. 袁欢.武汉理工大学2017
[9].壳聚糖修饰银、铜及二氧化钛纳米复合材料的制备、表征及抗菌性能研究[D]. 何苗.福州大学2015
[10].贵金属纳米复合材料电化学免疫传感器研究[D]. 李月云.中国地质大学(北京)2018

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