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聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料由于具有独特的结构使其具有优异的力学性能和阻燃性能,具有十分重要的工业价值。天然层状硅酸盐片层间距小,片层间作用力较强且亲水性较强,因此需要对其进行改性来扩大其层间距,改善层间环境。在目前的研究中,常用的有机改性剂大都是长链烷基季铵盐、氨基酸、有机胺等,这些改性剂的热稳定差,改性后的蒙脱土与聚合物复合时会影响复合材料的性能。本课题研究的重点是合成出高热稳定的蒙脱土改性剂,从而制备出高性能的聚合物基纳米复合材料。
本文合成出热稳定较好的咪唑盐改性剂对天然蒙脱土进行插层处理,利用哈克转矩流变仪将有机蒙脱土(oMMT)和尼龙6(PA6)熔融复合,制备出尼龙6/有机蒙脱土纳米复合材料。
X射线衍射分析发现,酸性条件比碱性条件更加利于蒙脱土的有机化。在酸性条件下,当PH=3时,有机插层的效果最好,层间距d(001)达到了3.52nm,层间距扩大了2.21nm;当PA6和未改性的蒙脱土复合时,蒙脱土的层间距基本上与未复合之前没有变化,插层效果不理想;当PA6和有机蒙脱土复合时,有机蒙脱土含量为1wt%的条件下,可以形成剥离型的复合材料,有机蒙脱土含量为3wt%和5wt%时,PA6分子链进入到有机蒙脱土层间,有机蒙脱土的层间距进一步扩大,有机蒙脱土含量为8wt%时,复合之后有机蒙脱土的层间距分布不均,插层效果不好。
热失重结果显示,溴化1-十六烷基-2,3-二甲基咪唑有机蒙脱土的起始分解温度为343℃,最大分解温度为406℃;纯PA6的最大分解温度为440℃,而PA6/oMMT纳米复合材料的最大分解温度为447℃,较纯PA6提高了7℃。
通过对PA6/有机蒙脱土的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度和维卡软化点进行测试,发现有机蒙脱土的加入对复合材料各方丽的性能都有提高,并且没有以牺牲复合材料的冲击韧性为代价。
DSC结果显示有机蒙脱土的加入改变了尼龙6的成核机理和结晶类型,并且提高了尼龙6的结晶温度和结晶速率。