EVOH/蒙脱土纳米复合材料的制备、结构及性能研究

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聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料是以聚合物为基体,以纳米分散的硅酸盐片层作为填料的新型复合材料,由于它在改善聚合物的力学性能、阻隔性能、阻燃性能、光学性能等方面性能的优良表现,近几年得到了广泛的研究。本课题研究了EVOH/蒙脱土纳米复合材料体系的制备、结构、性能,主要内容如下:首先,采用不同改性剂对蒙脱土进行插层改性,通过红外分析(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对插层效果进行分析;并对其与聚合物的相容性进行研究。实验结果表明:阳离子改性剂中双十八烷基二甲基氯化铵改性效果较好,蒙脱土层间距由1.42nm增加至3.5nm。硅烷偶联剂KH550用量为5%(质量分数)时,蒙脱土与聚合物相容性最佳。其次,采用了溶液插层和熔融插层两种方法制备了EVOH/蒙脱土纳米复合材料,并对制备的纳米复合膜进行紫外辐照研究。实验结果表明:采用熔融插层法制备的EVOH/蒙脱土纳米复合材料的性能优于溶液插层法制备的复合材料,经紫外辐照处理8h后的EVOH/蒙脱土纳米复合膜的力学性能,阻隔性能都得到较大程度的提高。最后,对熔融插层法制备的EVOH/蒙脱土纳米复合材料经紫外辐照处理后的结晶性能、流变性能、力学性能、光学性能、阻隔性能等进行了研究。研究结果表明:通过对EVOH/蒙脱土纳米复合材料进行FT-IR、XRD等表征发现,蒙脱土已插层进EVOH聚合物中,且层间距得到进一步增加,其在聚合物中分散较均匀,形成了部分剥离的插层型纳米复合材料。少量蒙脱土在聚合物中能起到异相成核作用,能提高复合材料结晶度。EVOH/蒙脱土纳米复合材料熔体为非牛顿流体,随剪切速率增加,剪切粘度下降,即存在剪切变稀现象;随着有机蒙脱土含量的增加,熔体粘度升高。蒙脱土含量为5%时,EVOH/OMMT纳米复合材料的拉伸强度、阻隔氧气性能相对于纯EVOH分别提高了26%、21%;而当蒙脱土含量为3%时,复合材料的撕裂强度和阻隔水蒸汽性能分别提高了20%、38%;而当蒙脱土含量为1%时,复合材料的抗冲击性能提高了29%;同时蒙脱土含量的变化对纳米复合材料的光学性能影响不明显。
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