溶液插层法制备可降解聚酯PBAT蒙脱土纳米复合材料及其性能表征

1、目录一开头一2国内外发展现状与前景22.1溶液插层法42.1.1单体溶液插入层42.1.2聚合物水溶液插层42.1.3聚合物乳浊液嵌入52.1.4聚合物有机溶液插入层52.2聚合物熔融插层法63本实验的目的和意义74实验84.1材料和试剂84.2设备和仪器84.3试验方法84.3.1蒙脱土的结构特征和插层原理84.3.2蒙脱土有机化处理114.3.3复合材料的制备124.4复合材料性能的测试124.5复合材料的特征124.5.1 X-射线衍射(XRD)124.5.2差示扫描热量分析(DSC)125结果和讨论135.1固相法插层蒙脱石的工艺研究135.1.1 HTAB和蒙脱石不同比例含量产物的X

2、-RD测定分析135.1.2 HTAB和蒙脱石不同搅拌时间生成物的X-RD测定分析155.1.3 HTAB和蒙脱石不同搅拌温度产物的X-RD测定分析175.1.4液相法和固相法插层蒙脱石的工艺比较195.2复合材料的性能分析215.2.1 X-线衍射检测分析复合材料的力学性能215.2.2 DSC分析该复合材料的结晶度225.2.3 DSC对该复合材料的极限拉伸强度23进行分析5.2.4 DSC分析该复合材料的断裂伸长率244结论26谢谢你28参考文献291序言随着各种高分子材料的应用领域和规模的扩大，产生了大量的废弃高分子材料，环境污染正在加剧。 降解塑料可以制造各种各样的产品，寿命结束的产

3、品被土壤微生物分解为二氧化碳和水，不污染环境，是废弃塑料缓解环境污染的重要手段之一。 特别是对一次性物品的软塑料包装材料来说，传统的不可降解塑料对环境有严重污染，如果我们采用降解塑料薄膜代替传统的不可降解聚乙烯管、多甲基乙烯，也是人类解决“白色污染”最有势力的手段。聚对苯二甲酸丁二醇酯-对苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT )是生物降解性聚酯类化合物，其机械性能接近低密度聚乙烯管，柔软性良好。 低密度聚乙烯管(LDPE )共聚多酯类化合物等生物降解性多酯类化合物(PBAT )的物理特性结晶度低、柔软、透明，可以用普通的PET聚合装置稍微改良生产，其工艺简单，受到关注。 现在，BASF公司生产的P

4、BAT的产量高达14000吨/年，其各种性能接近或优于LDPE。 利用使用PBAT制品制造的成膜制品的各种优点，具有伸长率高、耐冲击性好、透明、焊接和印刷容易的优点。 PBAT产品具有高韧性和良好的附着性，用于蔬菜、水果和肉类的包装，PBAT薄膜的湿蒸汽渗透模量小于50%。 PBAT产品的典型应用是：有机废物垃圾袋、农用薄膜、家用薄膜、涂料或层压品(纸等)、用于快餐食品公共餐饮行业的淀粉食品包装材料(碟子、杯子等) 1。 蒙脱土(montmorillonite，MMT )是一种2:1型层状硅酸盐粘土，膨润土的有效成分MMT具有广泛的交换络离子性能和吸附性能基于化学组成，其晶胞结构特征由硅氧烷四

5、面体片和铝氧八面体组成， 利用四面体片和八面体之间共有的氧原子形成高度有序的准二次元本文在蒙脱土研究领域的经验，希望用PBAT改性蒙脱土制备吹膜级生可降解材料，制备性能好的MMT/PBAT混合薄膜。 本文主要对MMT/PBAT的抗拉性能进行了研究，在力学性能方面对薄膜材料进行了评价，为进一步改善薄膜性能提供了参考。许多聚合物基纳米复合材料还处于研发阶段。 今后的研究重点是使蒙脱土(分散相)尽可能均匀地分散在聚合物沉积基质中，降低了该材料的成本，得到了广泛的应用，纳米概念在实践中能够实现更好的应用效果。 随着纳米复合材料研究的进展，低密度、高强度的塑化钢材料给人们的生活需求带来了很多便利，聚烯烃

6、/蒙脱土纳米复合材料综合性能出色，具有广阔的应用前景，在新型、低成本、高性能的工程塑料中2国内外发展现状及前景国外从五十年代开始研究和开发有机蒙皂石。 目前，美国、英吉利、意大利、日等国家已经研制出一系列不同用途的有机蒙皂石，许多学者就这方面作了一定的总结。 国内关于有机蒙皂石的研究星空卫视比较晚，七十年代末，八十年代初就开始研制有机蒙皂石。 方朝鹏2以十六烷基三甲基铵为改性剂制备有机蒙脱土，用熔融的方法将多甲基乙烯(PP )插入有机化蒙脱土片层间，将蒙脱土剥离成单层片状，实现PP和蒙脱土在纳米尺度上的复合DSC研究结晶行为是：有机蒙脱土的添加对PP融点没有太大影响的XRD试验的结果表明，PP

7、-B系列的PP高分子链插入了有机蒙脱土的薄板层间。 王一中3用多种有机阳络离子对蒙脱土进行有机改性，离子交换反应将有机阳络离子埋入蒙脱土层间，蒙脱土的结晶层结构膨胀，改变了蒙脱土的层间环境，因此长链季铵盐有机改性蒙脱土具有良好的亲油特性。 对十八烷基三甲基氯化铵和蒙脱土的交换反应及产物结构进行了详细研究，结果表明：有机阳络离子在蒙脱土层间呈单层倾斜排列，随蒙脱土吸附的有机阳络离子量的增加而倾斜角从11.7变化为73.2的Shannon L等研究了十六烷基改性后3种非极性溶液在蒙脱土上的吸附情况，发现50以下溶质的吸附量随着有机碳含量的减少而急剧减少。 MehmetAkcay等人5研究了酚类物质

8、对有机蒙脱土的改性，得到其动力学反应方程相当于一级反应，计算出25.035.0的反应常数。 Nuray Yildiz等6和N. Yvlmaz等7分别研究了有机蒙脱土对苯酚的吸附特性和在十四烷基化学基和十六烷基长碳链界面激活剂改性的有机蒙脱土的吸附特性。迄今为止，有机改性蒙皂石中研究最多的是单阳络离子改性。 近年来，双阳络离子、阴一阳络离子、阳一非络离子变性蒙皂石的研究受到关注。 董良云8认为溴化十六烷基三甲基铵(CTMAB )含量高的双阳离子有机蒙脱土在高浓度部分协同作用明显，分配作用占总吸附作用大部分比例的TMAB含量高的双阳离子有机蒙脱土在高浓度部分协同作用弱研究了实际废水的吸附情况，采用

9、120CTMAB有机蒙脱土吸附民用药厂废水，当有机土用量为10g时，COD单步工艺去除率可达35%，作为传统生化工艺的预处理阶段，可以减轻水处理主体工艺的负荷2.1溶液插层法2.1.1单体溶液插入层单体溶液插层是指将粘土分散在液态活性单体中，将单体插入粘土的层间进行原位聚合，形成有机聚合物插层复合材料的插层方法。佘希林9利用聚合时释放大量热量，克服蒙脱土片层间的作用力，扩大蒙脱土晶体层的间隔，蒙脱土片层以纳米级分散在聚合物沉积基质中，制成纳米复合材料。 单体插层原位聚合制备纳米复合材料，单体易插入蒙脱土晶体层，蒙脱土片层分散均匀，蒙脱土与聚合物界面结合力强，属于化学键，纳米复合材料，但聚合张师

10、等10用单体原位插层聚合法，将亚克力酰胺单体在聚合过程中插层在-磷酸锆(-ZrP )层间稳定存在，得到了纳米复合材料，而-ZrP质量分数为5对王进锋 11 原位嵌入制备聚丁二酸丁二醇酯(PBS)/MMT纳米复合材料的最佳条件进行了中试放大实验，对得到的复合材料进行了SEM、XRD和力学性能和维软化温度的测试，结果表明PBS沉积基质中蒙2.1.2聚合物水溶液插层聚合物可以直接介于水溶液中到黏土矿物的层间区域形成纳米复合材料。 其特点是水溶液对黏土具有一定的溶胀作用，有利于聚合物的插层和粘土层的剥离，插层条件比其他方法温和，水性插层经济方便。许鑫华等12LiClO4将蒙脱石锂化制备锂化蒙脱石后，用

11、锂化蒙脱石和聚乙烯管二醇进行溶液插层纳米复合，由于热重量分析的作用，体系中的LiClO4材料的耐热性能降低，使用上限温度为115， 石光等13希望纯聚乙烯管二醇为200，但通常在常温下，以冰乙酸溶液为介质，通过溶液插层法，测定插层反应温度、插层反应时间、壳聚糖(CS ) 研究了用量和CS相对分子量等诸因素对插层复合体结构的影响，CS用量对层间距的影响小，降低CS的相对分子量，有利于CS对MMT的插层，可以得到层间距更大的插层复合体CS相对分子量是影响嵌入结构的主要因素，通过调整CS相对分子量的大小，可以期待可结构控制的嵌入结构。 肖泳等14用溶液插层法制备了环氧聚乙烯管(PEO)/LixMoO

12、3纳米复合材料，对PEO插层过程的反应历程进行了初步探讨。 结果表明，PEO插入LixMoO3片层间的动力来源于PEO与l之间的配位能力，另一方面，可能与熵的补偿机制有关。 张泽朋15用溶液插层法制备了CR/有机蛭石纳米复合材料，探讨了CR插层有机蛭石的作用机理，探讨了溶剂的种类、插层温度、插层时间和有机蛭石当CR溶剂为四氢呋喃、插层温度为65、插层时间为48 h、有机蛭石用量为35份时，表明插层效果良好。2.1.3聚合物乳浊液嵌入聚合物乳浊液嵌入是一种简便的制备方法，可以将分散的粘土直接利用橡胶乳胶这样的聚合物乳浊液进行嵌入，规模化，在一定范围内可有效地特罗尔复合材料的组成比率，对环境无污染

13、。 乳液插层法运用多种橡胶具有乳液优越性、技术最简单、控制容易、成本最低粘土的质量分数高时分散性不如反应性插层法的缺点。宋国君等16采用溶液插层法制备了环氧丁烷橡胶/有机蒙脱土(BR/OMMT )纳米复合材料，研究了复合材料的微观结构和性能。 其结果是，BR大分子链插入OMMT片层，判明OMMT以纳米级分散于橡胶中的BR/OMMT纳米复合材料的力学性能和耐热性能比纯BR大得多，BR/OMMT纳米复合材料具有优异的物理性能，OMMT为复合材料的门尼黏性系数2.1.4聚合物有机溶液插入层陈海群17等合成了新型二聚体阳离子界面激活剂GeminiC12，一分子中含有两个四级金盐阳离子，作为有机插层剂应

14、用于蒙脱石的改性处理。 根据红外光谱(FTIR )、热重量分析(TGA )，GeminiC12自插入层到蒙脱土层之间，根据x射线粉末衍射(XRD )，插入层后蒙脱土层的间隔从1.119nm增加到3.18nm，十六烷基三甲基铵显示出良好的相容性和分散性，该改性效果优于目前常用的CTAB处理效果，有利于聚合物或其单体进入蒙脱石层之间形成纳米复合材料。 陈成等18研究了有机膦插层蒙脱土/PA-6纳米复合材料的制备与性能，XRD测验数据表明：四级膦盐有机链可以顺利插入蒙脱土片层，扩大蒙脱土的层间距，并提出了层间距TGA实验结果表明，季膦盐(BTPB)-MMT和季膦盐(DTPB)-MMT的初始热裂化温度

15、分别比CTABMMT高102和57，最大分解峰温度也比CTABMMT高，新型蒙脱土较高发现：DTPB-MMT和BTPB-MMT在含苯环的有机溶剂中显示出极好的分散性和溶胀性。2.2聚合物熔融插层法无论是乳浊液嵌入还是溶液嵌入，由于这些个方法是聚合物的大分子链通过溶剂嵌入到粘土层间，因此该方法需要适当的溶剂来溶解聚合物和分散粘土。 因此，对于大多数聚合物来说，溶液插入层技术是有限的，因为如果找不到合适的单体或找不到合适的溶剂，就会在云同步中溶解聚合物和分散粘土，而且难以回收大量的溶剂，对环境不利。 另一方面，使高分子化合物在熔融状态下直接夹在具有层状结构的粘土中的层，不需要介入溶剂，工序简单，对

16、环境友好。兰平等19用锥板流变法研究了聚l乳酸(PLLA )的流变性能，并对直接法熔融缩聚制备的聚乳酸进行了测试。 结果表明：PLLA熔体为剪切力变薄的流体，在一定温度和剪切速度范围内，升高温度、提高剪切速度有助于它们的流变学性能稳定。 PLLA熔体表面粘流激活能高，加工过程中必须严格控制温度，以免影响产品品质。 另一方面，在加工PLLA聚合物制品时，通过调节温度可以容易地调节熔体的黏性系数。 在一定的温度和滑动速度范围内，PLA的结构黏性系数指数随着温度的升高而逐渐减少。 兰江等20采用熔融共混法混合复合助剂和聚乳酸(PLA )制备PLA/MMT复合材料，研究了PLA/MMT复合材料的力学性能、动态流变性能。 结果制备了聚乙烯管二醇(PEG )、聚乳酸-聚乙烯管二醇摇滾乐共多聚体(PLA-PEG )插层的纳金属钍化学基蒙脱土、有机蒙脱土两种复合助剂。 x射线衍射(XRD )分析发现，经plaPEG、peg处理的蒙脱土层间距离都变大，但经PLAPEG处理的蒙脱土层间距离变