粘土在聚丙烯-聚苯乙烯不相容共混物中優(yōu)先插層行為的研究.pdf

1、聚合物共混物/粘土納米復(fù)合材料由于其優(yōu)異的性能與潛在的應(yīng)用價值，引起了學(xué)術(shù)界與工業(yè)界極大的興趣。在不相容共混物中，粘土存在著優(yōu)先插層現(xiàn)象。這種優(yōu)先插層行為會影響共混物的相行為和凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響復(fù)合材料的宏觀性能。本文針對粘土在聚丙烯(PP)/聚苯乙烯(PS)共混物中存在優(yōu)先插層現(xiàn)象的特點，對控制粘土優(yōu)先插層行為的因素，以及該行為對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的影響進(jìn)行研究。 通過熔融共混法在160℃加工條件下制備了PP/PS/clay

2、復(fù)合材料。X射線衍射分析(XRD)、透射電鏡分析(TEM)和X射線能量色散譜分析(EDX)的結(jié)果表明，粘土在共混物中存在著優(yōu)先插層現(xiàn)象。粘土優(yōu)先被PS分子鏈所插層，且不受PS組分含量和加料方式的影響?；趶?fù)合材料中PP和PS組分的熔體粘度對溫度敏感性的差別，通過改變加工溫度的方法，研究組分的粘度差別對粘土優(yōu)先插層行為的影響。隨共混加工溫度的升高，粘土在共混物中的分散位置從PS相逐漸向PP相進(jìn)行遷移。TEM、EDX和動態(tài)粘彈行為測試(AR

3、ES)的結(jié)果表明，組分間粘度的差別能控制粘土的優(yōu)先插層行為。組分粘度越高，加工過程中所能傳遞的剪切應(yīng)力就越大，插層能力也就越強(qiáng)。 通過分別對PP基體熔融接枝馬來酸酐(MAH)和PS基體溶液磺化處理，成功地改變了聚合物組分的極性。在此基礎(chǔ)上，熔融共混制備各類PP/PS/clay基復(fù)合材料，考察組分間的極性差別對粘土優(yōu)先插層行為的影響。當(dāng)兩組分均為非極性時，粘土選擇性地分散在PS相中；當(dāng)引入PP接枝馬來酸酐(PPMA)到共混物中，粘

4、土優(yōu)先分散在極性PP/PPMA相中；當(dāng)兩組分均被賦予極性后，粘土片層主要分散在極性sPS相中，部分分散在相界面間和PP/PPMA相中。作用能密度的計算和選擇性抽提后傅立葉變換紅外光譜(FTIR)的結(jié)果表明，組分極性越強(qiáng)，其與粘土片層之間相互作用也就越強(qiáng)，從而有著更強(qiáng)的插層粘土的能力。 通過熔融共混法制備各類PP/PS/clay基復(fù)合材料，考察粘土優(yōu)先插層行為對PP/PS/clay基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。粘土優(yōu)先被分散相所插層

5、時，能提高材料的動態(tài)儲存模量，且其提高程度受粘土分散狀態(tài)的影響；當(dāng)兩相組分共插層時，儲存模量進(jìn)一步提高；當(dāng)粘土被連續(xù)相所優(yōu)先插層時，粘土片層能最大程度地限制聚合物分子鏈運動，復(fù)合材料獲得最大的儲存模量。熱失重分析(TGA)的結(jié)果表明，粘土分散得越好，其對基體的保護(hù)作用就越強(qiáng)，相應(yīng)對復(fù)合材料的熱穩(wěn)定化作用也就越強(qiáng)；優(yōu)先插層在連續(xù)相中的粘土比優(yōu)先插層在分散相中的粘土對復(fù)合材料有著更好的阻隔保護(hù)作用；而被兩相組分共插層的粘土片層能起最佳的熱穩(wěn)

6、定化作用。 通過示差掃描量熱分析(DSC)研究粘土優(yōu)先插層行為對PP/PS/clay基復(fù)合材料結(jié)晶行為的影響。在等溫結(jié)晶條件下，優(yōu)先插層在分散相PS中的粘土對復(fù)合材料的結(jié)晶速率基本沒有影響。而極性化PP(PP/PPMA)中的羰基能起誘導(dǎo)成核作用并誘導(dǎo)PP生成β晶，使得復(fù)合材料的結(jié)晶速率變大。分散在連續(xù)相中的粘土片層通過成核作用，進(jìn)一步加速復(fù)合材料的結(jié)晶速率；而分散在相界面的粘土則成核作用不如前者顯著。在非等溫結(jié)晶條件下，粘土的優(yōu)

7、先插層對復(fù)合材料結(jié)晶行為的影響與等溫條件相似，但分散在PS中的粘土通過提高分散相的粘度，進(jìn)而起到加快復(fù)合材料結(jié)晶速率的作用。PPMA中的羰基對PP的β晶的誘導(dǎo)作用不如等溫條件下明顯，并且依賴于降溫速率。 通過TEM、EDX、ARES、FTIR和掃描電子顯微鏡(SEM)等測試，研究粘土的優(yōu)先插層行為對PP/PS基共混物相容性的影響及其增容機(jī)理。結(jié)果表明，(a)對于粘土優(yōu)先插層于連續(xù)相的體系，粘土的加入能減小分散相的尺寸，提高共混物

8、的相容性。分散在連續(xù)相中的粘土通過提高連續(xù)相的粘度，減小了組分間的粘度比，從而實現(xiàn)動力學(xué)增容。(b)對于粘土被兩相共插層的體系，粘土的加入能最大程度地減小分散相的尺寸，具有最佳的增容效果。粘土通過與極性PP和極性PS分子鏈間的化學(xué)作用，在相界面間形成原位接枝相容劑，增強(qiáng)了兩相間的相互作用，從而主要在熱力學(xué)上實現(xiàn)增容。(c)對于粘土優(yōu)先插層于分散相的體系，粘土的加入也能減小分散相的尺寸，提高共混物的相容性。在分散相中的粘土片層聚集形成了“