聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯納米復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯(PTT)是20世紀(jì)90年代中期才商業(yè)化的新型聚酯，廣泛應(yīng)用于紡織、包裝和工程塑料等領(lǐng)域。但其在應(yīng)用的過(guò)程中顯現(xiàn)出吸濕性低、染色性差、強(qiáng)度不高、阻燃、阻隔性不好等缺點(diǎn)。近年來(lái)，對(duì)現(xiàn)有的聚合物材料進(jìn)行共混或復(fù)合改性是簡(jiǎn)單而有效的改性方法，在聚合物材料研究中已被廣泛應(yīng)用。本論文選擇醋酸丁酸纖維素酯(CAB)和蒙脫土(MMT)為有機(jī)和無(wú)機(jī)改性劑，分別和共同對(duì)PTT進(jìn)行改性。通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)熔融共混以及熔融紡絲的方法分別制備

2、了PTT/CAB共混物及纖維、PTT/MMT納米復(fù)合材料以及PTT/CAB/MMT三元納米復(fù)合材料。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)采用環(huán)保、可再生的CAB對(duì)PTT進(jìn)行改性，制備了CAB含量為3～10wt％的PTT/CAB共混物。通過(guò)紅外光譜儀(IR)和掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)其分子間的相互作用及形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，發(fā)現(xiàn)共混體系中PTT的羰基與CAB的羥基之間形成了一定程度的氫鍵，CAB以納米尺寸(100～300nm)球狀顆

3、粒的形態(tài)均勻地分散在PTT基質(zhì)中。采用示差掃描量熱儀(DSC)對(duì)PTT/CAB共混物的非等溫結(jié)晶行為進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)CAB存在時(shí)，PTT自熔體冷卻結(jié)晶的溫度移向高溫，半結(jié)晶時(shí)間變短，結(jié)晶速率常數(shù)增大，表明CAB起到了異相成核的作用。采用毛細(xì)管流變儀對(duì)共混物的流變行為進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)3wt％含量的CAB的加入使PTT熔體粘度下降，較好地改善了PTT的加工流動(dòng)性能，有利于PTT的成型加工。通過(guò)熔融紡絲成功地獲得了具有實(shí)用價(jià)值的PTT/CAB

4、共混纖維，纖維斷裂強(qiáng)度大于2.8cN/dtex。對(duì)該纖維的吸濕和染色性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)隨著CAB含量的增加，PTT/CAB共混纖維的吸濕性逐漸提高，染色效果越來(lái)越明顯;當(dāng)CAB添加量為10wt％時(shí)，吸濕率提高了50％以上，上染率提高了近10％。由此推斷該共混物將在紡織領(lǐng)域有更好的應(yīng)用前景。
　　(2)采用天然層狀納米材料MMT對(duì)PTT進(jìn)行改性，制備了MMT含量為1～5wt％的PTT/MMT納米復(fù)合材料。該復(fù)合材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)采用X-

5、射線衍射儀(XRD)、SEM和透射電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行了表征，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料中MMT的層間距顯著增大，由MMT本身的2.348nm增大到4.413 nm，MMT層厚約十幾到幾十納米，證實(shí)通過(guò)熔融共混法實(shí)現(xiàn)了PTT與MMT的插層復(fù)合，成功地制得了PTT/MMT納米級(jí)復(fù)合材料。對(duì)PTT/MMT納米復(fù)合材料的流變性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)添加1～3wt％的MMT可以較好地改善PTT的加工流動(dòng)性能。對(duì)PTT/MMT納米復(fù)合材料的阻燃性能進(jìn)行了研究，

6、發(fā)現(xiàn)MMT的加入使復(fù)合材料燃燒時(shí)的熔滴性能改善顯著，當(dāng)MMT添加量達(dá)到2wt％時(shí)，PTT/MMT復(fù)合材料燃燒過(guò)程中無(wú)熔滴流下。PTT/MMT復(fù)合材料片材的阻隔性比PTT片材有顯著改善，當(dāng)MMT含量為5wt％時(shí)，PTT/MMT復(fù)合材料的空氣滲透系數(shù)與PTT的空氣滲透系數(shù)相比降低約51％。PTT/MMT復(fù)合材料提高了PTT在塑料領(lǐng)域應(yīng)用的產(chǎn)品附加值，尤其作為包裝和建筑材料將更具優(yōu)勢(shì)。
　　(3)采用CAB與MMT同時(shí)對(duì)PTT進(jìn)行改性，

7、制備了含有2wt％MMT和3～10wt％的CAB的PTT/CAB/MMT三元納米復(fù)合材料，并對(duì)其結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了研究。SEM和TEM測(cè)試結(jié)果表明在該復(fù)合材料體系中，CAB以球狀顆粒的形態(tài)，MMT以片層的形態(tài)，且均以納米尺寸均勻地分散在PTT中。力學(xué)性能研究結(jié)果表明PTT/CAB/MMT三元納米復(fù)合材料的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)均優(yōu)于PTT;與PTT/MMT復(fù)合材料體系相比，CAB的加入對(duì)復(fù)合材料韌性的損失有所彌補(bǔ)，三元納米復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度和斷