PET/蒙脱土纳米复合材料的制备与结晶性能研究

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聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)性能优良,但因其冲击特性差、结晶速率较慢等缺陷限制了其在一些领域中的应用。蒙脱土(MMT)是一种天然的纳米填料,将少量MMT加入聚合物基质后,能改变基质的一些性能,如结晶速率、机械性能、阻隔性能和阻燃性能等。因此,利用蒙脱土改性PET制备纳米复合材料赢得了广泛的关注。本文尝试以十六烷基三甲基溴化铵和硅烷偶联剂KH-560作为改性剂对钠基蒙脱土进行有机改性,分别制备得有机蒙脱土C-MMT和C-S-MMT,并将Na-MMT、C-MMT、C-S-MMT及市售有机蒙脱土DK2、DK5分别与PET熔融混合制备PET/蒙脱土复合材料。研究PET、有机改性剂和蒙脱土之间的作用机理及PET/蒙脱土纳米复合材料结构与性能之间的关系。主要工作如下:(1)用CTAB改性Na-MMT制得C-MMT,CTAB和KH-560共同改性Na-MMT制得C-S-MMT。利用广角衍射(WAXD)、红外光谱(FTIR)对Na-MMT、C-MMT和C-S-MMT进行分析,结果表明CTAB进入了MMT层间,层间距增大,而KH-560覆盖在蒙脱土表层。通过热重分析法(TG)对其进行热稳定性分析,结果显示:KH-560覆盖在蒙脱土表层,C-MMT和C-S-MMT的均表现为三段式分解,起始分解温度在230℃左右。(2)将Na-MMT、C-MMT、C-S-MMT、DK2和DK5分别以不同的比例与PET熔融混合,制备得几种复合材料PET/MMT、PET/C-MMT、PET/C-S-MMT、PET/DK2和PET/DK5。利用WAXD对各试样进行结构分析,结果表明:蒙脱土的类型与含量影响其在PET中的分散情况。C-MMT和C-S-MMT含量分别为1%、3%和5%时形成插层型纳米复合材料PET/C-MMT和PET/C-S-MMT;DK2含量为1%以及MMT含量为1%、3%和5%时形成剥离型纳米复合材料PET/DK2和PET/MMT,DK2含量为3%和5%时形成插层型纳米复合材料PET/DK2;DK5含量为1%、3%和5%时形成微观复合材料PET/DK5。对PET/MMT、PET/C-MMT、PET/C-S-MMT和PET/DK2进行热重分析,结果表明,添加蒙脱土到PET基质后,PET的热稳定性能得到了改善,并且热稳定性与蒙脱土的分散状态有关。通过KAS和FWO两种方法计算的热解活化能也得出,蒙脱土确实能使PET的热稳定性得到提高。(3)采用示差扫描量热仪DSC对PET、PET/MMT、PET/C-MMT、PET/C-S-MMT和PET/DK2的结晶性能进行分析,结果显示PET/MMT、PET/C-MMT、PET/C-S-MMT和PET/DK2的过热度和过冷度比纯PET的低,降温结晶峰高于纯PET,这说明蒙脱土对PET结晶起异相相成核作用,且这种作用受分散状态的影响。对PET、PET/MMT、PET/C-MMT、PET/C-S-MMT和PET/DK2进行非等温结晶研究,然后使用Jeziorny方法处理非等温结晶,并采用三种方法计算了各种试样的结晶活化能,最后计算各种蒙脱土的成核活性。结果表明,蒙脱土起到异相成核的作用,提高了结晶速率。
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