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【博士】凹凸棒石表面改性及其在尼龍6中的應(yīng)用
內(nèi)容簡介
【博士】凹凸棒石表面改性及其在尼龍6中的應(yīng)用 授予學(xué)位:博士 學(xué)位授予單位:南京理工大學(xué) 學(xué)位年度:2010 凹凸棒石具有的較大長徑比和一維納米纖維狀結(jié)構(gòu)以及較弱的棒晶間相互作用,使得其在聚合物的增強(qiáng)改性上具有獨特的優(yōu)勢和吸引力,是制備高性能聚合物復(fù)合材料的理想增強(qiáng)體。本論文在對天然一維納米材料凹凸棒石進(jìn)行提純并接枝改性后應(yīng)用于工程塑料尼龍6,制備了具有新型結(jié)構(gòu)和優(yōu)良性能的凹凸棒石/尼龍6復(fù)合材料,深入系統(tǒng)地研究了復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能。具體內(nèi)容如下: 通過傳統(tǒng)的擠出注射工藝制備了未改性凹凸棒石/尼龍6復(fù)合材料。結(jié)果表明,凹凸棒石在尼龍6基體中有著較好的分散,所制得復(fù)合材料具有較高的力學(xué)性能。凹凸棒石的加入不會改變尼龍6的結(jié)晶形態(tài),在尼龍6的結(jié)晶過程中起到了異相成核的作用,提高了尼龍6的結(jié)晶溫度,加快了尼龍6的結(jié)晶過程,但會降低尼龍6的結(jié)晶完善程度,并增加尼龍6的結(jié)晶活化能?! ? 采用縮合聚合法對凹凸棒石進(jìn)行表面接枝聚氨酯預(yù)聚體改性。結(jié)果表明,接枝改性后接枝物分子鏈與凹凸棒石表面上的羥基發(fā)生了化學(xué)鍵合,聚氨酯接枝物主要分布在凹子中間顏色較深,周圍顏色較淺,呈現(xiàn)較為明顯的核殼狀結(jié)構(gòu)。通過加入明礬水溶液來沉降水性聚氨酯乳液,實現(xiàn)對凹凸棒石的包覆,形成具有核殼結(jié)構(gòu)的聚氨酯包覆凹凸棒石。當(dāng)所制備水性聚氨酯乳液與凹凸棒石的質(zhì)量比為3:l時,可取得比較理想的包覆效果,凹凸棒石棒晶被單個包覆,包覆層厚度約為10nm。此時凹凸棒石表面聚氨酯的包覆量約為9%?! ? 聚氨酯改性凹凸棒石/尼龍6納米復(fù)合材料研究表明,通過對凹凸棒石進(jìn)行有機(jī)改性可以促進(jìn)凹凸棒石在尼龍6基體中的分散,改性凹凸棒石與尼龍6的界面模糊,說明兩者相容性較好,存在較強(qiáng)的界面相互作用。由于表面修飾層與基體樹脂高分子鏈發(fā)生交聯(lián)、纏結(jié),形成納米復(fù)合材料的柔性界面層。因此納米復(fù)合材料的力學(xué)性能得到了有效改善,對材料韌性的提高尤為明顯。當(dāng)聚氨酯包覆凹凸棒石的用量為10%時,復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度提高了34.7%,沖擊強(qiáng)度提高了85.7%。拉伸破壞時,復(fù)合材料具有明顯的屈服后斷裂特征:沖擊破壞時,隨著聚氨酯包覆凹凸棒石用量的增加,復(fù)合材料的斷面變得越粗糙。聚氨酯包覆凹凸棒石的加入,也可顯著提高復(fù)合材料的儲能模量和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。聚氨酯包覆凹凸棒石/尼龍6納米復(fù)合材料的熔體為假塑性流體,隨改性凹凸棒石含量的增加,材料的非牛頓性減弱?! ? 兩步法制備了POE彈性體接枝的凹凸棒石。接枝產(chǎn)物的FTIR、XPS以及XRD分析結(jié)果表明,POE彈性體通過化學(xué)鍵結(jié)合到了凹凸棒石的表面。TG結(jié)果表明,接枝到凹凸棒石表面的POE彈性體大約為9.5%。凹凸棒石的POE接枝改性能大幅提高復(fù)合材料的沖擊度,并在一定程度上改善凹凸棒石在尼龍6基體中的分散性。
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