插层改性水滑石TZ-NLDH作用聚丙烯材料研究

   本文通过离子交换法,制备了十二烷基磺酸钠改性水滑石(LDHs2)、酒石酸氢钠改性水滑石(LDHs3)、衣康酸改性水滑石(LDHs4)、十二烷基磺酸钠/衣康酸改性水滑石(LDHs5)和十二烷基磺酸钠/酒石酸氢钠改性水滑石(LDHs6)。研究了各种改性水滑石的热稳定性、层间距等结构和性能变化规律。然后选用未改性水滑石(LDHs1)和改性水滑石中综合性能较好的三种改性水滑石(LDHs2、LDHs5、LDHs6)制备聚丙烯/水滑石纳米复合材料。选用聚丙烯F401(PP1)作为复合材料基体,聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-(MAH-co-St-))作为相容剂,聚丙烯K7726(PP2)作为溶液法插层剂,制备了三类聚丙烯/水滑石纳米复合材料。 采用熔融法制备了PP1/LDHs(100/3)、PP1/PP-g-(MAH-co-St)/LDHs(100/10/3)复合材料。其中PP-g-(MAH-co-St)通过熔融接枝法制备,并研究了接枝率和结晶性能。通过溶液插层法制备了PP2/LDHs(100/30)母粒,并研究了母粒的结晶性能。然后用熔融法制备PP1/PP2/LDHs(100/10/3)复合材料。系统研究了PP1/LDHs、PP1/PP-g-(MAH-co-St)/LDHs和PP1/PP2/LDHs三类复合材料的加工、流变、结晶、力学、阻燃、层间距等结构和性能。 对五种改性水滑石的研究结果表明:五种改性剂均可插入到水滑石片层之间,层间距得到了不同程度的提高。其中,含有十二烷基磺酸钠的改性水滑石层间距较大。衣康酸可以破坏十二烷基磺酸钠长链在水滑石片层之间的有序排列,而酒石酸氢钠则可以提高十二烷基磺酸钠长链在水滑石片层之间的有序排列,同时衣康酸可以提高水滑石的羟基起始分解温度。 由于大量的水滑石以及PP2的特殊结晶性能,PP2/LDHs母粒的起始结晶温度比纯PP2低;加入的水滑石没有起到异相成核的作用,反而会使异相成核数量百分比下降:冷却速率越慢,熔融热和相对结晶度越低。PP2/LDHs母粒的非等温结晶动力学显示,15℃/min是一个关键的降温速率,大于这个降温度率,Avrami指数n出现转折,结晶速率常数增加幅度大大减小,甚至降低。

 

PP1/LDHs、PP1/PP-g-(MAH-co-St)/LDHs和PP1/PP2/LDHs三类复合材料的加工、流变、结晶、力学、阻燃、层间距等结构和性能进行了对比研究,结果表明:(1)在这三类复合材料中,PP1/PP2/LDHs复合材料的晶粒粒径分布较均匀,总结晶速率最快,异相成核数量百分比较高;(2)含有LDHs5的复合材料的弯曲强度、弯曲模量在同类中均是最好的;(3)相同规格试样在有氧条件下燃烧,两相复合材料PP1/LDHs的燃烧时间较长,其中PP1/LDHs5的燃烧时间最长;(4)无氧条件下,PP1/LDHs1、PP1/LDHs5、PP1/LDHs6的热稳定性都比纯PP1有较大的提高;(5)未改性水滑石在复合材料中的层间距没有变化,十二烷基磺酸钠/衣康酸改性水滑石在复合材料中以剥离状态存在,十二烷基磺酸钠、十二烷基磺酸钠/酒石酸氢钠改性水滑石在复合材料中以剥离—插层状态存在。