聚對苯二甲酸丙二醇酯納米復合材料的制備、結構與性能研究.pdf

1、聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)是20世紀90年代中期才商業(yè)化的新型聚酯，廣泛應用于紡織、包裝和工程塑料等領域。但其在應用的過程中顯現(xiàn)出吸濕性低、染色性差、強度不高、阻燃、阻隔性不好等缺點。近年來，對現(xiàn)有的聚合物材料進行共混或復合改性是簡單而有效的改性方法，在聚合物材料研究中已被廣泛應用。本論文選擇醋酸丁酸纖維素酯(CAB)和蒙脫土(MMT)為有機和無機改性劑，分別和共同對PTT進行改性。通過雙螺桿擠出機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納米復合材料以及PTT/CAB/MMT三元納米復合材料。主要研究內(nèi)容和結果如下:
　　(1)采用環(huán)保、可再生的CAB對PTT進行改性，制備了CAB含量為3～10wt％的PTT/CAB共混物。通過紅外光譜儀(IR)和掃描電子顯微鏡(SEM)對其分子間的相互作用及形態(tài)結構進行了表征，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PTT/CAB共混物的非等溫結晶行為進行了研究，發(fā)現(xiàn)CAB存在時，PTT自熔體冷卻結晶的溫度移向高溫，半結晶時間變短，結晶速率常數(shù)增大，表明CAB起到了異相成核的作用。采用毛細管流變儀對共混物的流變行為進行了研究，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的加工流動性能，有利于PTT的成型加工。通過熔融紡絲成功地獲得了具有實用價值的PTT/CAB

4、共混纖維，纖維斷裂強度大于2.8cN/dtex。對該纖維的吸濕和染色性進行了評價，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，染色效果越來越明顯;當CAB添加量為10wt％時，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域有更好的應用前景。
　　(2)采用天然層狀納米材料MMT對PTT進行改性，制備了MMT含量為1～5wt％的PTT/MMT納米復合材料。該復合材料的形態(tài)結構采用X-

5、射線衍射儀(XRD)、SEM和透射電子顯微鏡(TEM)進行了表征，發(fā)現(xiàn)復合材料中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，證實通過熔融共混法實現(xiàn)了PTT與MMT的插層復合，成功地制得了PTT/MMT納米級復合材料。對PTT/MMT納米復合材料的流變性能進行了研究，發(fā)現(xiàn)添加1～3wt％的MMT可以較好地改善PTT的加工流動性能。對PTT/MMT納米復合材料的阻燃性能進行了研究，

6、發(fā)現(xiàn)MMT的加入使復合材料燃燒時的熔滴性能改善顯著，當MMT添加量達到2wt％時，PTT/MMT復合材料燃燒過程中無熔滴流下。PTT/MMT復合材料片材的阻隔性比PTT片材有顯著改善，當MMT含量為5wt％時，PTT/MMT復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復合材料提高了PTT在塑料領域應用的產(chǎn)品附加值，尤其作為包裝和建筑材料將更具優(yōu)勢。
　　(3)采用CAB與MMT同時對PTT進行改性，

7、制備了含有2wt％MMT和3～10wt％的CAB的PTT/CAB/MMT三元納米復合材料，并對其結構與性能進行了研究。SEM和TEM測試結果表明在該復合材料體系中，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。力學性能研究結果表明PTT/CAB/MMT三元納米復合材料的各項力學性能指標均優(yōu)于PTT;與PTT/MMT復合材料體系相比，CAB的加入對復合材料韌性的損失有所彌補，三元納米復合材料的沖擊強度和斷