论文部分内容阅读
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是半结晶性聚合物。工程塑料级PE工具有良好的力学性能，可在120℃范围内长期使用，因此广泛应用于汽车、电气、包装、纺织等领域。但是，PET仍然存在一些固有的缺陷，使之难以得到应有的发展和应用。例如，其结晶速率慢使PET加工难度较大，而且加工时模具温度高导致生产周期长不能满足工业上快速注塑成型的需要，另外其冲击性能、阻燃性能、及其最终制品的尺寸稳定性差等不足也限制了其使用范围。
蒙脱土(montmorillonite，MMT)是一种典型的层状硅酸盐矿物，其单层晶体厚度约为1nm，直径约100nm，因此它拥有很高的宽高比(aspectratio)。在PET中添加极少量的(通常<5wt.％)蒙脱土(MMT)，就可以显著地提升聚合物基体的气体阻隔性、阻燃性、力学性能等综合性能，并克服了传统复合材料相分离、填充物团聚、质量不均一等缺陷，这就大大拓宽了PET的适用范围。
本文以PET为基体，MMT为纳米填料相，采用不同的季铵盐改性剂制备OMMT，通过熔融共混制备PET/MMT纳米复合材料。为了研究不同改性剂对复合材料性能的影响，对季铵盐改性蒙脱土、PET/MMT纳米复合材料进行结构与性能的分子力学模拟和分子动力学模拟，主要工作如下：
1.分别采用十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵、双十八烷基二甲基溴化铵以及聚乙二醇做为改性剂，对具有不同CEC容量的MMT进行有机改性。通过XRD分析可知，插层剂的链长、柔顺性、位阻效应对MMT的有机改性效果产生重要影响。对于不同种类插层剂，碳链越长、支链越多，插层效果越好；对于同一种插层剂，随着层间有机改性剂浓度的增大，插层后OMMT层间距呈增大趋势；对于不同CEC容量的MMT，当层间插层剂浓度相同时，CEC值越大，相应的改性后MMT的层间距也越大。
2.对OMMT模型进行分子力学和分子动力学模拟，观察在动力学模拟中插层剂分子在层间的构象。分析发现，随着模拟时间的增加，有机改性剂从层间逐渐向MMT片层表面移动，在平衡状态时，随着插入量的不同，改性剂在层间的构象呈现规律性变化，从单层到双层乃至假三层排列。
3.把OMMT和PET进行熔融复合，研究发现对MMT改性效果好的季铵盐，与PET的相容性并不一定是最好的，原因在于多链季铵盐分子链的位阻较大，不利于：PET分子链的插入。另一方面，在MMT中添加第三组分PEG后，OMMT和PET的相容性大大提高。