有机化层状化合物/EPDM纳米复合材料的制备及其性能研究
蒙脱土(MMT)和层状双氢氧化物(LDH)作为层状无机化合物，应用于聚合物制备纳米复合材料，具有气体阻隔性、热稳定性以及补强聚合物等优良性能。因此，为了层状无机化合物与聚合物的有效复合，开展MMT、LDH的有机改性研究，从而设计出性能更加优异的有机层状化合物/聚合物纳米复合材料，具有重要的实际意义。 本论文选用三元乙丙橡胶(EPDM)聚合物与MMT、LDH进行复合。首先，利用含乙烯基官能团的有机插层剂改性MMT、LDH层状化合物，这将有利于有机层状化合物参与EPDM的硫化交联反应，从而提高纳米复合材料的的界面相互作用力，并与常规改性剂进行比较;然后，采用机械共混法，制备有机层状化合物/EPDM纳米复合材料，特别采用橡胶加工分析仪(RPA)对复合加工过程进行分析。实验使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、橡胶加工分析仪(RPA)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、综合热分析仪(TG)等对样品的结构进行分析;利用电子万能试验机测试纳米复合材料力学性能;利用自制的透气仪测试纳米复合材料阻隔性能。主要研究结论如下: (1)利用十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、10-十一烯酸、油酸作为有机插层剂对MMT、LDH进行有机化改性。结果表明，VMMT（含乙烯基官能团）的d001值由1.52nm增大至2.75nm，OMMT（十六烷基三甲基溴化铵改性）的d001由1.52nm增大至2.33nm;LDH-DS（十二烷基硫酸钠改性）的d003由0.77nm增大至2.94nm，LDH-UA(10-十一烯酸改性)的d003由0.77nm增大至1.88nm，LDH-OA(油酸改性)的d003由0.77nm增大至2.84nm。结果表明，通过有机插层剂改性后，MMT、LDH层状化合物层间距都显著增大。 (2)实验对有机层状化合物/EPDM纳米复合材料进行力学性能和气体阻隔性能测试，结果表明:当添加相同份数有机蒙脱土时，VMMT/EPDM的力学性能和气体阻隔性能优于OMMT/EPDM;当添加相同份数有机层状双氢氧化物时，LDH-UA/EPDM的力学性能和气体阻隔性能优于LDH-OA/EPDM，LDH-OA/EPDM的力学性能和气体阻隔性能优于LDH-DS/EPDM。当有机层状化合物添加量为5份时，OMMT/EPDM的拉伸强度提高了60％、100％伸长模量提高了68％，He透气率降低了12％，N2透气率降低了29％;LDH-DS/EPDM的拉伸强度提高了27％、100％伸长模量提高了52％、He透气率降低了5.4％、N2透气率降低了17％。当有机层状化合物添加量为7份时，VMMT/EPDM的拉伸强度提高了99％、100％伸长模量提高了157％、He透气率降低了25％、N2透气率降低了52％;LDH-UA/EPDM的拉伸强度提高了58％、100％伸长模量提高了107％、He透气率降低了18％、N2透气率降低了39％;LDH-OA/EPDM的拉伸强度提高了50％、100％伸长模量提高了86％、He透气率降低了10％、N2透气率降低了32％。结果表明，通过含乙烯基官能团的有机插层剂改性后，层状化合物/EPDM纳米复合材料的力学性能和气体阻隔性能显著提高。 (3)通过橡胶加工分析仪(RPA)对复合加工过程进行测试分析，结果表明:插层剂中的乙烯基有利于有机层状化合物参与EPDM硫化过程中的交联反应，促进了有机层状化合物的剥离，有利于MMT、LDH层状化合物与EPDM聚合物的有效复合，从而提高纳米复合材料的力学性能和气体阻隔性能。
力学性能;三元乙丙橡胶;有机化层状化合物;纳米复合材料;制备工艺
西南科技大学
硕士
应用化学
康明
2013
中文
TB383;TQ333.4
72
2013-10-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）