溶液插层法制备可降解聚酯PBAT蒙脱土纳米复合材料及其性能表征

溶液插层法制备可降解聚酯/蒙脱土纳米复合材料及其性能表征i目录1前言.............................................................................................................................12国内外的发展现状与前景.........................................................................................22.1溶液插层法.......................................................................................................32.1.1单体溶液插层.........................................................................................32.1.2聚合物水溶液插层.................................................................................32.1.3聚合物乳液插层.....................................................................................42.1.4聚合物有机溶液插层.............................................................................52.2聚合物熔融插层法...........................................................................................53本实验的目的及意义.................................................................................................64实验............................................................................................................................74.1材料与试剂......................................................................................................74.2设备与仪器......................................................................................................74.3试验方法..........................................................................................................84.3.1蒙脱土的结构特征及插层原理............................................................84.3.2蒙脱土有机化处理..............................................................................104.3.3复合材料的制备..................................................................................114.4复合材料性能的测试....................................................................................114.5复合材料的表征.............................................................................................114.5.1X-射线衍射（XRD）.......................................................................114.5.2示差扫描量热分析（DSC）............................................................115结果与讨论..............................................................................................................125.1固相法插层蒙脱土的工艺研究....................................................................125.1.1HTAB与蒙脱石不同比例含量产物的X-RD测试分析................125.1.2HTAB与蒙脱石不同搅拌时间产物的X-RD测试分析................145.1.3HTAB与蒙脱石不同搅拌温度的产物的X-RD测试分析............165.1.4液相法与固相法插层蒙脱土的工艺比较..........................................185.2复合材料性能分析........................................................................................205.2.1X-射线衍射检测分析复合材料的力学性能...................................20溶液插层法制备可降解聚酯/蒙脱土纳米复合材料及其性能表征ii5.2.2DSC分析该复合材料的结晶度.......................................................215.2.3DSC分析该复合材料的拉伸强度...................................................225.2.4DSC分析该复合材料的断裂伸长率.............................................234结论..........................................................................................................................25致谢..........................................................................................................................27参考文献......................................................................................................................28溶液插层法制备可降解聚酯/蒙脱土纳米复合材料及其性能表征11前言随着各种高分子材料的应用领域和规模的不断扩大，继而产生大量的废弃高分子材料，不断加剧对环境的污染。可生物降解塑料可以制备各种制品，在完成使用寿命后的制品能被土壤微生物分解成二氧化碳和水，对环境不会产生污染，是缓解废弃塑料对环境的污染的重要手段之一。特别是对于一次性使用的软塑包装材料而言，传统的不可降解塑料对环境有严重的污染，如果我们采用可生物降解塑料薄膜代替传统的不可降解的聚乙烯、聚丙烯，也是一种人类解决“白色污染”的最有力的手段。聚对苯二甲酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯（PBAT）是一种可生物降解聚酯,其机械性能与低密度聚乙烯相近,柔韧性良好。类似低密度聚乙烯(LDPE)共聚酯的可生物降解聚酯（PBAT）的物理特性是结晶度低、柔软、透明，可利用普通PET聚合装置稍加改进来进行生产，其工艺简单，因而备受关注。目前，BASF公司生产PBAT的产量高达14000吨/年，其各种性能接近甚至优于LDPE。利用PBAT产品制备成膜制品的各种优点来对其它材料进行精确调配，该优点是延伸率高、抗冲击性好、透明且易于焊接和印刷。PBAT产品具有很高的韧性和很好的附着性，用于蔬菜、水果和肉类包装，PBAT膜的湿蒸汽透过率小于50%。PBAT产品的典型应用有:有机废弃物的垃圾袋、农用地膜、家用薄膜、涂层或层压制品(如纸张)、快餐公共饮食业所用的淀粉食品的包装材料(如盘子、杯子)[1]。蒙脱土(montmorillonite，MMT)是一类2:1型层状硅酸盐粘土,是膨润土的有效成份MMT之所以能具有广泛的离子交换性能和吸附性能的基础是因为化学组成造成的，其晶胞结构特点是由硅氧四面体和铝氧八面体构成，四面体和八面体之间共享的氧原子形成高度有序的准二维片层，该片层厚0.96nm，宽厚比约为100nm~1000nm。本文充分利用在蒙脱土研究领域的经验,使用PBAT改性蒙脱土制备吹膜级可生物降解材料,希望制备出性能良好的MMT/PBAT共混薄膜。文章主要对MMT/PBAT的拉伸性能进行研究,在力学性能方面对薄膜材料进行评价,为进一步改善薄膜性能提供参考。大多数聚合物基纳米复合材料仍处于研究开发阶段。今后研究的重点是使蒙脱土(分散相)尽可能均匀分散在聚合物基体中，使该材料的成本降低，能得到广泛的应用，纳米概念得以在实践中更好的实现应用效果。随着纳米复合材料研究溶液插层法制备可降解聚酯/蒙脱土纳米复合材料及其性能表征2的深入，低密度、高强度的塑化钢材料给人们的生活需要带来很多的方便，聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料，因为其综合性能优异，所以将具有广阔的应用前景，将能够成为一类新型、低成本、高性能的工程塑料。2国内外的发展现状与前景国外自五十年代起，就开始了有机蒙脱石的研究和开发。目前，美、英、意、日等国已研制出一系列不同用途的有机蒙脱石，也有不少学者对这方面做过一定的总结。国内对有机蒙脱石的研究起步较晚，七十年代末、八十年代初，才开始研制有机蒙脱石。方晨鹏[2]以溴化十六烷基三甲铵为改性剂制备有机蒙脱石，研究了熔融的方法将聚丙烯（PP）插入有机化的蒙脱土片层间，使蒙脱土剥离成单层片状，实现PP与蒙脱土在纳米尺度上的复合，DSC研究结晶行为表明:有机蒙脱土的加入对PP熔点的影响不大，使PP的结晶温度明显提高，结晶度增大;XRD测试结果表明:PP-B系列中的PP高分子链已经插层进入到有机蒙脱土的片层间。王一中[3]用多种有机阳离子对蒙脱土进行有机改性，通过离子交换反应将有机阳离子嵌入蒙脱土的层间，蒙脱土的晶层结构发生膨胀，改变了蒙脱土的层间环境，因而长链季铵盐有机改性蒙脱土具有良好亲油特性。对十八烷基三甲基氯化铵与蒙脱土的交换反应和产物结构进行了详细研究，实验发现有机阳离子在蒙脱土层间以单层倾斜排列，随着蒙脱上吸附有机阳离子量的增加，倾斜角由11.7°变为73.2°。ShannonL等[4]研究了三种非极性溶液在十六烷基改性后的蒙脱土上的吸附情况，发现在50%CEC以下，溶质的吸附量随着有机碳含量的减少而急剧减少。MehmetAkcay等[5]研究了酚类物质在有机蒙脱土上的改性，