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聚丙烯_蒙脱土纳米复合材料Ⅰ .制备、表征及动态力学性能.pdf

聚丙烯_蒙脱土纳米复合材料Ⅰ .制备、表征及动态力学性能.pdf

上传者: 498004792 2012-07-25 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《聚丙烯_蒙脱土纳米复合材料Ⅰ .制备、表征及动态力学性能pdf》,可适用于工程科技领域,主题内容包含!ll收稿ll修稿国家自然科学基金资助项目(基金号l)!!通讯联系人聚丙烯蒙脱土纳米复合材料!制备、表征及动态力学性能!刘晓辉范家起李强朱晓光漆宗能符等。

!ll收稿ll修稿国家自然科学基金资助项目(基金号l)!!通讯联系人聚丙烯蒙脱土纳米复合材料!制备、表征及动态力学性能!刘晓辉范家起李强朱晓光漆宗能!!(中国科学院化学研究所分子科学中心工程塑料国家重点实验室北京l)摘要用原位接枝插层法成功地制备了聚丙烯蒙脱土纳米复合材料(PPMNC)采用X射线衍射研究复合材料中蒙脱土硅酸盐片层间距发现硅酸盐片层间距从lHm升至Hm左右同时研究了PPMNC的动态力学性能结果表明:PPMNC的动态储能模量明显高于聚丙烯(PP)尤其在!>!g高温段甚至可以达到PP基体的倍关键词聚丙烯纳米复合材料层状硅酸盐接枝插层法插层复合法(IHtercaatiOHcOHmpOuHciHg)是将有机单体或聚合物插入到具有层状结构硅酸盐的片层之间利用热力学或力化学作用使片层剥离成纳米尺度的初级粒子并均匀分散在聚合物基体中从而形成"#型纳米复合材料是制备高性能有机无机纳米复合材料的重要方法[l~]也是近年来材料研究领域的一个热点自从l年日本臼杵有光等首次报道采用插层聚合法制备PACay混杂材料以来[]对极性聚合物蒙脱土纳米复合材料研究已取得较大进展[~l]对已得到广泛使用的大品种材料聚丙烯由于其主链上不含有极性基团和可反应性官能团因此具有高极性表面的蒙脱土难以纳米尺度均匀分散在其中有关聚丙烯插层方面的研究也相对较少[l~l]目前主要采用如下两种方法改进一是使蒙脱土表面包覆足够厚的、与PP有良好相容性的有机物[ll]但这种方法无论在硅酸盐片层间距增大及性能的提升上均未表现出显著作用另一种方法是利用马来酸酐接枝低分子量PP作为大分子相容剂[lll]改善蒙脱土在PP中的分散情况但由于将低分子量(分子量~)接枝物引入复合材料体系内且低分子物含量较高(为体系的wt)对体系性能提升造成了负面影响抵消了纳米分散的硅酸盐片层的增强作用数据表明在!>!g高温段体系的刚度迅速下降甚至低于本体PP总体效果并不理想基于此现状本文报道了一种制备聚丙烯蒙脱土纳米复合材料(PPMNC)的新方法并对其结构和动态力学性能进行了研究实验部分主要原料聚丙烯(PP)牌号l熔融指数glmiH密度lgcm燕山石化公司生产有机蒙脱土(MMT)本实验室自制插层剂为十六烷基三甲基溴化铵(HTAB)丙烯酰胺(AM)分析纯北京化学试剂公司出品PPMMT纳米复合材料(PPMNG)的制备丙烯酰胺、适量引发剂的水溶液与有机土的甲苯分散液配制成稳定的乳液待三口烧瓶中PP与甲苯混合物升至回流温度且PP完全溶解后将配制好的乳液滴加入烧瓶中l内滴加完毕保温l后冷却出料XRD测试以XRD测试片层间距的变化测试条件:CuK!辐射后单色器管电压kV管电流lmA扫描速度miH粉体样品DMA测试采用PEDMAe测试PPMNC的动态力学性能温度范围~lC升温速率CmiH三点弯曲模式测试频率lkHZTEM测试试样经冷冻超薄切片采用日立H透射电镜观测硅酸盐片层间距变化及分散情况加速电压lkV第期年l月高分子学报ACTAPLYMERICASINICANOct"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""结果与讨论原位接枝插层复合机理蒙脱土属Il层状硅酸盐每个单位晶胞由两个硅氧四面体中间夹带一层铝氧八面体构成两者之间靠共用氧原子连接这种四面体和八面体的紧密堆积结构使其具有高度有序的晶格排列每层的厚度约为lnm是一种天然的纳米材料蒙脱土中发生的同晶置换现象令其层内表面具有负电荷过剩的负电荷可以通过层间吸附可交换的K、Ca、Mg等阳离子平衡相应的片层间距在O~lnm之间变化有机阳离子也可通过离子交换作用进入硅酸盐片层之间从而降低无机物的表面能造成亲油微环境如果使用带有活性官能团的有机阳离子则可以与聚合物基体发生化学键合在有机物与无机物间产生强相互作用对复合材料性能的提高及功能化大有裨益FiglXraydiffractiOnpatternSOf(l)NaMMT()OMMT()miXtureOfPPandOMMTafterriddingOfSOIvent利用X射线衍射(XRD)测定硅酸盐片层间距在插层前后的变化即不同层内晶胞(OOl)面之间距离的变化可以很容易监视有机小分子或聚合物大分子插入蒙脱土层间的效果图l所示为钠基蒙脱土(NaMMT)、有机蒙脱土(OMMT)、聚丙烯与OMMT溶剂混合物的XRD衍射图谱NaMMT在!=Ol出现特征衍射峰由Bragg方程计算出其片层间距为lnm而OMMT在!=出现较强衍射峰这表明HTAB取代了NaMMT中Na而使片层间距增加至lnm由于OMMT能以纳米尺度(<lOnm)分散于甲苯中而PP能溶解于沸腾的甲苯中为了检验OMMT与PP的相容性即PP是否能插入OMMT层间为此以甲苯为溶剂将PP与OMMT在三口烧瓶中加热至回流温度混合lh除去溶剂后测得PPOMMT混合物中硅酸盐片层间距为lnm(!=)产物中硅酸盐片层间距不但不增加反而减少这表明PP大分子链不但不能插入硅酸盐片层间反而使已插入片层间的十六烷基三甲烷部分扩散出来其原因可能是:经加热混合及除去溶剂后部分HTAB从层间向外扩散从而导致片层间距减小以上分析预示如果某种有机物其一端的官能团能与硅酸盐片层形成牢固的结合另一端的官能团可以与PP大分子链发生反应生成化学键合在这种有机物的桥联作用下PP大分子链可以强行插入硅酸盐片层之间且与其形成稳定的结构不再被排斥出来甚至在化学力的作用下将片层解离此即本文提出的原位接枝插层法的实质文献[l]表明丙烯酰胺可以极容易地插入蒙脱土片层之间在片层之间聚合时可与硅酸盐表面形成复杂的化合物依靠生成的化学键牢固地锚接在片层表面此外丙烯酰胺具有的双键在引发剂作用下可以与PP主链发生接枝反应因此本文选用丙烯酰胺作为桥联剂原位接枝插层机理如图所示FigSchematicreprcSentatiOnOftheinsitugraftintercaIatiOnmethOdPPMNC中层状硅酸盐的分散状态PPMNC的组成示于表l蒙脱土由纳米厚度的硅酸盐片层组成一定条件下有机物插入片层之间或者与其构成有机物无机片层交替结构或者使片层解离并使其均匀分散在聚合物基体高分子学报OOO年TableCOmpOSitiODSOfSampeSSampeMMTcODteDt(wt)IDOIgaDiccODteDt(wt)MlllMMMll中从而形成有机无机纳米复合材料有机物插入硅酸盐片层间并使其间距增大的最直接检测方法是XRD衍射图所示为原位接枝插层法制备的不同MMT含量PPMNG的XRD衍射图谱Ml试样中相邻硅酸盐片层的(l)面间距为Dm无机物含量时为lDmM试样面间距降为DmM面间距又升至lDm可见在无机物含量为时插层效果最好随MMT含量增加(l)晶面衍射峰强度逐步增加与图l中所示溶液共混制备的PPMMT混合物相比插层接枝法制备的复合材料中硅酸盐片层间距明显增大片层间距从MMT的lDm增加至复合材料的Dm左右FigXIayciffIactiODpatteIDSOfinsitugIaftiDgPPMNCwitciffeIeDtcaycODteDt采用TEM进一步观测蒙脱土片层在基体中的分散情况图所示为PPMNC的典型TEM照片图中黑色暗条为分散在PP基体中的蒙脱土片层的横断面照片显示出蒙脱土片层间距增加至~Dm这与XRD的研究结果一致对大量照片进行统计处理在PPMNC中分散在PP基体中的蒙脱土片层大部分仍以原始的~层组成的层状聚集结构存在但由于PP大分子链的插入使片层间距大大增加而小部分则在化学力的作用下被解离成纳米尺度的单片层或几个片层组成的初级结构而无规分散在基体中FigTEMpOtOgIapOfPPMNC以上XRD及TEM结果表明采用本文提出的原位接枝插层法制备的PPMNC中PP大分子链可以顺利地进入片层之间从而形成PPMMT纳米复合材料复合材料中大部分是由聚合物蒙脱土片层交替排列的插层型(INTERCALATED)纳米复合材料组成另外还有由单个或几个蒙脱土硅酸盐片层无规分散在基体中而形成的解离型(EXFLIATED)纳米复合材料组成PPMNC的动态力学性能PP及PPMNC的动态存储模量E'、损耗模量E"及内耗角正切taD!与温度的关系示于图、、中C、C、C及lC时试样的E'、E"示于表中图及表中数据表明在C~lC的温度范围内PPMNC的E'相对PP有不同程度的提高尤其在T>Tg高温段PPMNC存储模量提升相当显著例如M试样E提升了近一倍可见纳米形式存在的硅酸盐片层对聚合物有明显的增刚效果图及表中数据显示PMNC的损耗模量在Tg以上温度范围内明显高期刘晓辉等:聚丙烯蒙脱土纳米复合材料!制备、表征及动态力学性能Fig!"OftePPMNCaHcPPaSafuHctiOHOftemperatureFig!#OftePPMNCaHcPPaSafuHctiOHOftemperatureFigtaH!OftePPMNCaHcPPaSafuHctiOHOftemperatureTableDyHamicStOragemOcui(!')aHcOSSmOcui(!#)OfteSampeSatVariOuStemperatureSSampeS!"(GPa)CCClCPPl(l)(l)(l)ll(l)Mll(l)(l)(l)l(l)Ml(l)ll(ll)(l)l(l)Ml(l)l(l)(l)l(ll)Ml(l)l(l)()()!#(MPa)PPl(l)(l)l(l)ll(l)Mll(ll)(l)(l)ll(ll)M()l(l)l(l)(ll)M(l)l(ll)(l)l(l)Mll(ll)(ll)(ll)(l)于PP在$g以下的低温段内接近甚至低于PP图显示出PPMNC的taH!均低于PP综合比较PPMNC由于存在均匀分散的纳米尺度的硅酸盐片层可以在很少的加入量下显著提高其动态力学性能采用接枝插层法可以成功制备出聚丙烯蒙脱土纳米复合材料片层间距达到lHm纳米形式分散在PP中的硅酸盐片层在极少加入量的情况下可以显著提高其动态力学性能本文所用方法虽不完全具备实用性但提出了一种可能性:选择适当的单体作为桥联剂完全可以在熔融状态下直接制备PPMNCREFERENCESlEHZePBeiHTJPySCeml:~TeHgBKGTeCemiStryOfCayOrgaHicReactiOHSLOHcOH:AcamHigerlTeHgBKGFOrmatiOHaHcPrOpertieSOfCaypOymerCOmpeXeSAmStercam:ESeVierlUSukiAKOjOmaYKawaSumiMkacaAPOymPreprl:~lYaHOKUSukiAkacaAKurauciTKamigaitOJPOymSciA:POymCemll:~USukiAKOjOmaYKawaSumiMkacaAUSPatllWaHgMSPiHHaVaiaTJCemMaterl:~LaHTPiHHaVaiaTJCemMtaerl:l~lVaiaRAISiiHGiaHHeiSEPCemMaterl:l~l高分子学报年lMOetAAkeIahAMtaerLettll:~lllMeSSerSmithPBGianneIiSEPJPOIymSciA:POIymCheml:l~lllKeIIyPAkeIahAOutubuddinSMOetAJMaterScil:~lBiaSciLAgIiettOMRuggeriGCiardeIIiFPOIymerl:~llKawaSumiMHaSegawaNKatOMKurauchiTKamigaitOOMacrOmOIecuIeSl:~lKurOkawaYYaSudaHOyaAJMaterSciLettll:ll~llKurOkawaYYaSudaHKaShiwagiMOyaAJMaterSciLettll:l~llKatOMUSukiAOkadaAJAppIPOIymcil:ll~llHaSegawaNKawaSumiMKatOMAppIPOIymScil:~llOIphenHVAnIntrOductiOnOtCIayCOIIOidChemiStryNewYOrk:JOhnWiIeySOnSlPLYPRPYLENEMNTMRILLNITENANCMPSITES!PREPARATINCHARACTERIZSATINANDDYNAMICMECHNICALPRPERTIESLIUXiaOhuiFANJiagiLIOiangZHUXiaOguangOIZOngneng(StateKeyLaOratOryOfEIgiIeeriIgPlaSticSCeIterfOrMOlecUlarScieIceIIStitUteOfChemiStryChiIeSeAcaiemyOfScieIceSBeiiIgl)AbStractInrecentyearSthehybridSbaSedOnOrganicpOIymerSandinOrganiccIaymineraIScOnSiStingOfIayeredSiIicateShaVeattractedgreatintereStfrOmbOthScientificandinduStryfieIdSSincetheyeXhibitdramaticincreaSeSintheirmechanicaIandthermaIprOpertieSSynergiSticaIIyderiVedfrOmthetwOcOmpOnentSInthiSpapertheiISitUgraftintercaIatiOnmethOdhaSbeenintrOducedSucceSSfuIIyinpreparingpOIyprOpyIenemOntmOriIIOnitenanOcOmpOSiteS(PPMNC)TheSpaceSOfSiIicateIayerSOfmOntmOriIIOniteinthecOmpOSiteSwereinVeStigatedbyuSingXraydiffractOmeterItwaSfOundthattheSpaceOftheIayerSincreaSedfOrmlnmuptOabOutnmThedynamicmechanicaIprOpertieSOfPPMNCSwereaISOStudiedThereSuItSShOwedthatthedynamicStOragemOduIuSOfPPMNCSwaShigherthanthatOfPPaShighaStimeSeSpeciaIIyattemperatureSabOVeCKeyWOrdSPOIyprOpyIenenanOcOmpOSiteSSiIicateIayerSIISitUgraftintercaIatiOnmethOd期刘晓辉等:聚丙烯蒙脱土纳米复合材料!制备、表征及动态力学性能聚丙烯蒙脱土纳米复合材料Ⅰ制备、表征及动态力学性能作者:刘晓辉范家起李强朱晓光漆宗能LIUXiaohuiFANJiaqiLIQiangZHUXiaoguangQIZongneng作者单位:中国科学院化学研究所分子科学中心工程塑料国家重点实验室,北京,刊名:高分子学报英文刊名:ACTAPOLYMERICASINICA年卷(期):()被引用次数:次参考文献(条)VaiaRAIsiiHGiannelisEP查看详情LanTPinnavaiaTJ查看详情WangMSPinnavaiaTJ查看详情UsukiAKojomaYKawasumiMOkadaA查看详情YanoKUsukiAOkadaAKurauchiT,KamigaitoO查看详情UsukiAKojomaYKawasumiMOkadaA查看详情OlphenHVAnIntroductionotClayColloidChemistryHasegawaNKawasumiMKatoM查看详情KatoMUsukiAOkadaA查看详情KurokawaYYasudaHKashiwagiMOyaA查看详情KurokawaYYasudaHOyaA查看详情KawasumiMHasegawaNKatoMKurauchiT,KamigaitoO查看详情外文期刊BiasciLAgliettoMRuggeriGCiardelliF查看详情KellyPAkelahAQutubuddinSMoetA查看详情外文期刊MessersmithPBGiannelisEP查看详情外文期刊MoetAAkelahA查看详情ThengBKGFormationandPropertiesofClaypolymerComplexesThengBKGTheChemistryofClayorganicReactionsEnzelPBeinT查看详情引证文献(条)袁新华李小辉朱恩波胡杰曹顺生刘政原位插层聚合制备硅树脂蒙脱土纳米复合材料期刊论文江苏大学学报(自然科学版)()张国恒杨新丽PP蒙脱土纳米复合材料的性能研究期刊论文河北化工()刘树彬高岩磊周二鹏梁惠霞牟微PP有机改性蒙脱土纳米复合材料的性能期刊论文塑料科技()张晓光孟现燕叶玲唐建华李忠明偶联剂处理聚磷酸铵硬质聚氨酯泡沫期刊论文化工进展()耿亮先高喜平陆昶刘涛李静常庆辉张玉清聚丙烯蒙脱土纳米复合材料研究进展期刊论文化学推进剂与高分子材料()邹恩广曲佳燕王鉴闫卫东共混条件对功能化聚异丁烯蒙脱土复合物改性聚丙烯性能的影响期刊论文复合材料学报()曾文良屈景年曾荣英PPMMT复合材料的制备及性能研究期刊论文衡阳师范学院学报()陆德荣何春霞纳米复合材料微观结构研究进展期刊论文工程塑料应用()杨松伟杨浩肖荔人黄宝铨刘欣萍陈庆华利用塑料技术进步实现节能减排目标期刊论文橡塑技术与装备()董雁郑玉婴聚合物蒙脱土复合材料的研究进展期刊论文漳州职业技术学院学报()陈海群徐义荣赵银芝蒙脱土的表面修饰期刊论文化工矿物与加工()王锦成陈月辉王继虎翟剑君陆彬甲基乙烯基硅橡胶有机蒙脱土母炼胶纳米复合材料的制备、结构与性能期刊论文合成橡胶工业()李正光无机粉体填充改性热塑性塑料机理探讨期刊论文工程塑料应用()欧宝立李笃信聚丙烯无机纳米复合材料研究进展期刊论文材料导报()邹恩广王鉴高摩尔质量牵引剂改性聚丙烯蒙脱土的研究期刊论文塑料工业()张国伟王林江张坤吴新明谢襄漓聚丙烯蒙脱石阻燃纳米复合材料的研究期刊论文化工技术与开发()薛颜彬吴波震夏琳邱桂学段予忠无机纳米填料改性聚丙烯的研究进展期刊论文塑料科技()田建团张炜郭亚林周玉玺剥离型酚醛树脂蒙脱土纳米复合材料研究期刊论文热固性树脂()陈勇军付丽华黎婕贾德民PUP(MMAcoMAH)OMMT纳米复合材料的制备与性能研究期刊论文橡胶工业()王锦成陈月辉王佳璐PUOMMT纳米复合材料的制备与性能研究期刊论文橡胶工业()石爽王艳梅李玉平封禄田配位插层法制备三聚氰胺甲醛树脂Cu蒙脱石纳米复合材料期刊论文辽宁化工()李小慧潘钢梁聚丙烯有机蒙脱土纳米复合材料的电子束辐照改性期刊论文机械工程材料()黄明福聚合物粘土纳米复合材料研究进展期刊论文材料工程(z)王彦宗刘振营郭亚军高分子无机纳米复合润滑材料研究进展期刊论文材料导报(z)聂玉梅聚丙烯层状硅酸盐纳米复合材料研究进展期刊论文化学工程师()陈奎杨瑞成张天云成生伟马建忠聚丙烯有机改性蒙脱土纳米复合材料的制备及力学性能研究期刊论文兰州理工大学学报()丁超何慧薛峰郭宝春贾德民增容剂对聚丙烯粘土纳米复合材料热分解动力学的影响期刊论文高分子学报()杨性坤沈久明聚合物蒙脱土纳米复合材料研究进展期刊论文信阳师范学院学报(自然科学版)()杨性坤沈久明聚烯烃蒙脱土纳米复合材料研究进展期刊论文塑料科技()廖明义张伟清朱结东李杨徐宏德原位插层聚合制备聚丁二烯蒙脱土纳米复合材料及其结构与性能研究期刊论文高分子学报()洪浩群何慧丁超贾德民聚丙烯蒙脱土纳米复合材料的结构与性能期刊论文材料研究学报()姚俊琦尼龙蒙脱土纳米复合材料的制备及性能研究学位论文硕士庞绍龙苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯聚丙烯蒙脱土纳米复合材料的制备和表征学位论文硕士陈桥苯并噁嗪树脂基纳米复合材料的制备、结构与性能研究学位论文博士刘长丰同步法制备蒙脱土碳酸钙复合粒子及其增强聚丙烯的研究学位论文硕士邵伟国固相剪切碾磨方法制备聚丙烯层状无机物纳米复合材料学位论文博士邹恩广高模量聚丙烯专用料的开发期刊论文塑料工业()唐冬雁强亮生金政赵连城BaTiO(PUUPIPNS)复合材料的相容性、力学性能和阻尼性能研究期刊论文无机化学学报()石爽谷亨达封禄田三聚氰胺甲醛树脂蒙脱土纳米复合材料的研制期刊论文应用化工()王文一陈建峰曾晓飞王国全纳米有机蒙脱土聚丙烯复合材料性能与结构研究期刊论文塑料工业()郑亚萍陈青华陈立新狄西岩宁荣昌透闪石环氧树脂复合材料性能研究期刊论文高分子学报()赵敏高俊刚李刚纳米有机蒙脱土改性邻甲酚醛环氧树脂的研究期刊论文粘接()王莲英李玲董风云肖忠良聚合物层状硅酸盐纳米复合材料期刊论文化学与黏合()戈明亮聚氯乙烯蒙脱土纳米复合材料研究进展Ⅰ制备原理及表征方法期刊论文合成材料老化与应用()于建贾俊聚丙烯蒙脱土纳米复合材料的研究进展期刊论文工程塑料应用()付丽华具有IPN结构的聚氨酯有机蒙脱土纳米复合材料的研究学位论文博士佘庆彦纳米复合核壳共聚物的制备及其与聚氯乙烯共混改性的研究学位论文硕士赵敏邻甲酚醛环氧树脂的固化及其纳米复合材料的研究学位论文硕士赵敏邻甲酚醛环氧树脂的固化及其纳米复合材料的研究学位论文硕士刘炜有机插层蛭石的制备及其在天然橡胶和尼龙中的应用研究学位论文硕士宋军聚丙烯蒙脱土纳米复合材料的制备与性能研究学位论文硕士曲静波高密度聚乙烯蒙脱土复合材料的制备及性能的研究学位论文硕士黄福云聚对二氧环己酮蒙脱土纳米复合材料的制备与结构性能研究学位论文硕士林志丹不同反应性单体改性纳米CaCO<,>PP的结构与性能研究学位论文博士马传国纳米碳酸钙聚丙烯复合材料中界面与微相结构的设计与研究学位论文博士刘秀梅纳米亚微米级复合材料性能及土壤植物营养效应学位论文博士徐宏德弹性体蒙脱土纳米复合材料的制备及改性研究学位论文博士黄祖雄碳纳米管聚丙烯抗静电复合材料的制备与研究学位论文硕士李强李钟蒙脱土阳离子偶氮染料插层纳米复合物离子交换吸附期刊论文化学学报()辛社伟赵立东李智超环氧树脂滑石粉、纳米蒙脱土水下胶粘剂研究期刊论文中国胶粘剂()王东庆尹端马敬红梁伯润蒙脱土改性聚丙烯共混体系的可纺性及染色性研究期刊论文东华大学学报(自然科学版)()郭汉洋翟红波沈时骏刘长丰周

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