超臨界條件下蒙脫土顆粒微觀形態(tài)的調(diào)控及其對PBS、PP性能的影響

超臨界條件下蒙脫土顆粒微觀形態(tài)的調(diào)控及其對PBS、PP性能的影響聚合物/蒙脫土復(fù)合材料由于其優(yōu)異的性能與潛在的應(yīng)用價值,受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。分散相尺度和相界面相容性是影響聚合物/蒙脫土復(fù)合材料性能的兩個重要因素。在制備聚合物/蒙脫土復(fù)合材料時通常存在蒙脫土片層分散不好、分布不均勻,與聚合物基體界面相容性較差的問題,尤其對于弱極性或非極性聚合物,這些問題更為普遍。本文針對蒙脫土片層在弱極性或非極性聚合物基體中分散不均及與聚合物基體界面相容性較差的問題,以超臨界二氧化碳為介質(zhì),對超臨界條件下影響蒙脫土顆粒形態(tài)的因素,弱極性或非極性聚合物分子鏈對蒙脫土插層行為,以及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的影響進(jìn)行了研究。對原始蒙脫土進(jìn)行細(xì)化并接枝預(yù)處理,通過傅里葉紅外光譜分析(FTIR)、熱失重分析(TGA)、X射線衍射分析(XRD)、掃描電子顯微鏡分析(SEM)和靜態(tài)接觸角測試對蒙脫土顆粒形態(tài)進(jìn)行表征。結(jié)果表明,表面接枝成功地改善了蒙脫土的親水性質(zhì),并使蒙脫土顆粒中分散片層增多。在此基礎(chǔ)上,用季鏻鹽對蒙脫土進(jìn)行插層改性,考察介質(zhì)、插層劑用量、相態(tài)、結(jié)構(gòu)對蒙脫土結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響。結(jié)果表明超臨界二氧化碳中制備的有機(jī)蒙脫土較溶液中制備的有機(jī)蒙脫土片層間距大,分散片層多,且無需后處理可直接添加到聚合物基體中制備復(fù)合材料。結(jié)果也表明,經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑和季鏻鹽復(fù)合改性的蒙脫土較僅用季鏻鹽改性的蒙脫土有著更大的片層間距和更多的分散片層。進(jìn)一步對插層劑用量、相態(tài)和結(jié)構(gòu)的研究表明插層劑用量過少將使蒙脫土片層間陽離子交換不充分,過多將使蒙脫土顆粒被插層劑包裹,不利于插層劑分子插入蒙脫土層間進(jìn)行陽離子交換,當(dāng)插層劑用量為蒙脫土的0.6倍陽離子交換容量(CEC)且常溫呈液態(tài)、側(cè)鏈為柔順性較好的長烷基鏈的十四烷基三己基氯化鱗(TDTHP)季鱗鹽時制備的蒙脫土片層間距最大,為2.32nm,較細(xì)化蒙脫土(FMMT)擴(kuò)大了1.09nm,分散片層最多。通過熔融共混將硅烷偶聯(lián)劑和季鱗鹽復(fù)合改性的蒙脫土添加到弱極性的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)中制備了PBS/蒙脫土復(fù)合材料。XRD和TEM分析的結(jié)果表明,層間距大、分散片層多的硅烷偶聯(lián)劑和0.6CEC的TDTHP復(fù)合改性的蒙脫土(GMMTb-TDTHP(0.6CEC))在PBS中的分散較均勻,與PBS基體間相容性較好。進(jìn)一步引入乙烯丙烯酸共聚物(EAA)到PBS/GMMTb-TDTHP(0.6CEC)共混物中制備復(fù)合材料,結(jié)果表明引入EAA后復(fù)合材料中蒙脫土片層分散更均勻,與PBS基體間相容性更好。差示掃描量熱分析(DSC)、動態(tài)力學(xué)分析(DMA)、拉伸、沖擊和彎曲性能測試結(jié)果表明聚合物復(fù)合材料中蒙脫土片層分散越均勻,與PBS基體間界面相容性越好,復(fù)合材料的綜合性能越佳。在此基礎(chǔ)上改變GMMTb-TDTHP(0.6CEC)的用量,發(fā)現(xiàn)改性蒙脫土用量過低過高都不利于提高復(fù)合材料的綜合性能,在GMMTb-TDTHP(0.6CEC)的用量為5wt%時制備的復(fù)合材料綜合性能最好。通過熔融共混將GMMTb-TDTHP(0.6CEC)添加到非極性的聚丙烯(PP)中制備復(fù)合材料,XRD和TEM分析結(jié)果表明有機(jī)蒙脫土在PP基體中呈不均勻分散,添加EAA后有所改善,進(jìn)一步引入聚丙烯接枝馬來酸酐(PP-g-MAH)復(fù)合增容的體系中蒙脫土片層分散更均勻,與基體的相容性更好。DSC、DMA和力學(xué)性能測試結(jié)果表明,除了沖擊強(qiáng)度降低外,復(fù)合材料的其余性能均進(jìn)一步提高。在此基礎(chǔ)上改變GMMTb-TDTHP(0.6CEC)的用量,發(fā)現(xiàn)隨著GMMTb-TDTHP(0.6CEC)用量的提高,除了沖擊強(qiáng)度逐步降低,復(fù)合材料的其余性能均逐步提高。通過改變雙螺桿擠出機(jī)的螺桿長徑比分別制備了PBS基和PP基復(fù)合材料。結(jié)果表明,對于PBS基復(fù)合材料而言,由于PBS的熔融指數(shù)較高,流動性較好,在螺桿長徑比較小的擠出機(jī)中制備的復(fù)