超临界条件下蒙脱土颗粒微观形态的调控及其对PBS、PP性能的影响

超临界条件下蒙脱土颗粒微观形态的调控及其对PBS、PP性能的影响聚合物/蒙脱土复合材料由于其优异的性能与潜在的应用价值,受到了学术界和工业界的广泛关注。分散相尺度和相界面相容性是影响聚合物/蒙脱土复合材料性能的两个重要因素。在制备聚合物/蒙脱土复合材料时通常存在蒙脱土片层分散不好、分布不均匀,与聚合物基体界面相容性较差的问题,尤其对于弱极性或非极性聚合物,这些问题更为普遍。本文针对蒙脱土片层在弱极性或非极性聚合物基体中分散不均及与聚合物基体界面相容性较差的问题,以超临界二氧化碳为介质,对超临界条件下影响蒙脱土颗粒形态的因素,弱极性或非极性聚合物分子链对蒙脱土插层行为,以及复合材料结构与性能的影响进行了研究。对原始蒙脱土进行细化并接枝预处理,通过傅里叶红外光谱分析(FTIR)、热失重分析(TGA)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜分析(SEM)和静态接触角测试对蒙脱土颗粒形态进行表征。结果表明,表面接枝成功地改善了蒙脱土的亲水性质,并使蒙脱土颗粒中分散片层增多。在此基础上,用季鏻盐对蒙脱土进行插层改性,考察介质、插层剂用量、相态、结构对蒙脱土结构性质的影响。结果表明超临界二氧化碳中制备的有机蒙脱土较溶液中制备的有机蒙脱土片层间距大,分散片层多,且无需后处理可直接添加到聚合物基体中制备复合材料。结果也表明,经硅烷偶联剂和季鏻盐复合改性的蒙脱土较仅用季鏻盐改性的蒙脱土有着更大的片层间距和更多的分散片层。进一步对插层剂用量、相态和结构的研究表明插层剂用量过少将使蒙脱土片层间阳离子交换不充分,过多将使蒙脱土颗粒被插层剂包裹,不利于插层剂分子插入蒙脱土层间进行阳离子交换,当插层剂用量为蒙脱土的0.6倍阳离子交换容量(CEC)且常温呈液态、侧链为柔顺性较好的长烷基链的十四烷基三己基氯化鳞(TDTHP)季鳞盐时制备的蒙脱土片层间距最大,为2.32nm,较细化蒙脱土(FMMT)扩大了1.09nm,分散片层最多。通过熔融共混将硅烷偶联剂和季鳞盐复合改性的蒙脱土添加到弱极性的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)中制备了PBS/蒙脱土复合材料。XRD和TEM分析的结果表明,层间距大、分散片层多的硅烷偶联剂和0.6CEC的TDTHP复合改性的蒙脱土(GMMTb-TDTHP(0.6CEC))在PBS中的分散较均匀,与PBS基体间相容性较好。进一步引入乙烯丙烯酸共聚物(EAA)到PBS/GMMTb-TDTHP(0.6CEC)共混物中制备复合材料,结果表明引入EAA后复合材料中蒙脱土片层分散更均匀,与PBS基体间相容性更好。差示扫描量热分析(DSC)、动态力学分析(DMA)、拉伸、冲击和弯曲性能测试结果表明聚合物复合材料中蒙脱土片层分散越均匀,与PBS基体间界面相容性越好,复合材料的综合性能越佳。在此基础上改变GMMTb-TDTHP(0.6CEC)的用量,发现改性蒙脱土用量过低过高都不利于提高复合材料的综合性能,在GMMTb-TDTHP(0.6CEC)的用量为5wt%时制备的复合材料综合性能最好。通过熔融共混将GMMTb-TDTHP(0.6CEC)添加到非极性的聚丙烯(PP)中制备复合材料,XRD和TEM分析结果表明有机蒙脱土在PP基体中呈不均匀分散,添加EAA后有所改善,进一步引入聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)复合增容的体系中蒙脱土片层分散更均匀,与基体的相容性更好。DSC、DMA和力学性能测试结果表明,除了冲击强度降低外,复合材料的其余性能均进一步提高。在此基础上改变GMMTb-TDTHP(0.6CEC)的用量,发现随着GMMTb-TDTHP(0.6CEC)用量的提高,除了冲击强度逐步降低,复合材料的其余性能均逐步提高。通过改变双螺杆挤出机的螺杆长径比分别制备了PBS基和PP基复合材料。结果表明,对于PBS基复合材料而言,由于PBS的熔融指数较高,流动性较好,在螺杆长径比较小的挤出机中制备的复