熔融共混法制备粘土_聚氨酯弹性体纳米复合材料的研究

2003年2月第21卷第1期西北工业大学学报

JournalofNorthwesternPolytechnicalUniversityFeb.2003Vol.21No.1

熔融共混法制备粘土 聚氨酯弹性体

纳米复合材料的研究

α

马晓燕,鹿海军,朱光明,梁国正,颜红侠

(西北工业大学化工系,陕西西安　710072)

摘　要:利用十六烷基季铵盐对累托石(REC)进行了有机化处理,采用不同填充量(2、5、8份)的

热塑性REC及有机累托石(ORECB)与热塑性聚氨酯弹性体(TPUR)进行熔融共混,制备了粘土

聚氨酯弹性体纳米复合材料;采用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)及X2射线衍射分析(XRD)、Molau实验方法研究了REC及ORECB在TPUR中的分散性,研究了复合材料的力学性能。结果

表明:ORECB在质量分数为2份时复合材料的拉伸强度提高了40%;撕裂强度在所加份数范围内呈现递增趋势,8份时提高了40%。

关　键　词:纳米复合材料,有机粘土,累托石,热塑性聚氨酯弹性体

中图分类号:TQD50.43　　　文献标识码:A:20118204　　与传统的复合材料相比,异的力学性能和热性能。,获得[1,2]。制备粘土纳米复合材料的方法很多,而聚合物熔体插层复合法是一种最直接、最简单、无污染、适用性广、操作工艺简单的制备纳米复合材料的新方法。前人采用这种方法制备了聚丙烯 蒙脱土纳米复合材料[3]、聚苯乙烯 粘土纳米复合材料[4,5]等。热塑性聚氨酯弹性体(TPUR)是一类性能与加工工艺介于橡胶与塑料的一类特殊的、使用范围广的高分子材料,可广泛用于制作汽车内装饰材料和汽车保险杠等材料。本文利用融体插层法制备了粘土 树脂基纳米复合材料,表征了复合材料的微相结构,测试了复合材料的力学性能。

45mmol 100g,十六烷基,其它试剂均为化学纯。

1.2　有机累托石的制备

将所需量的REC放入500mL蒸馏水中,高速搅拌使REC充分分散后倒入三口瓶中,搅拌升温至40～50℃,然后滴加适量的十六烷基季铵盐,再搅拌

升温至80～90℃,在此温度下搅拌反应5h,自然冷却,过滤水洗得ORECB滤饼,干燥、研磨后备用。1.3　TPUR纳米复合材料的制备

将TPUR在SK2160B双辊混炼机上熔融辊炼,然后缓慢均匀地将ORECB加入TPUR,最后再加入其它所需助剂,继续辊炼10～15min,以2mm左右的厚度下片以备测用。1.4　Molau实验

1　实验部分

1.1　实验原料

分别称取0.5g的TPUR,不同配比REC TPUR及ORECB TPUR试样放于试管中,分别加入6mL二甲基甲酰胺(DMF)使之溶解得到分散体系,室温放置3d,观察试样的溶解情况。1.5　测试与表征

在WQF231型傅立叶变换红外光谱仪上测定

热塑性聚氨酯弹性体采用天津大邱庄生产的聚酯型聚氨酯,累托石为湖北钟祥产精品钠基累托石,

α

收稿日期:2002202227

　作者简介:马晓燕(1963-),女,西北工业大学副教授,主要从事高聚物的合成与改性的研究

。

红外光谱性能。XRD测试采用日本理学D max23C

自动X射线衍射仪。扫描电镜(SEM)测试采用ARMAY21000B型SEM观察REC的断口形貌。拉伸强度和直角撕裂强度分别按国标GB T52821998和GB T530281在ZMGi250拉伸试验机上测试,拉伸试样为 型,拉伸和撕裂速度500mm min。

了REC片层,增大了片层间的距离

。

2　结果与讨论

2.1　复合材料的结构分析

REC是一种具有规则间层结构的非金属矿藏,

图2　粘土X2射线衍射图

与蒙脱土类似,是一种层状硅酸盐,层间具有可交换的水合阳离子。

图1为REC、ORECB、TPUR及ORECB

②两TPUR复合材料的红外光谱图。从图1中①、谱线看出,②曲线上除了未处理的REC红外光谱特

征峰外,出现了2927cm-1和2853cm-1处的—CH3和—CH2—的伸缩振动吸收峰,在1460cm-1附近也出现了—CH3和—CH2—弯曲振动吸收峰,由此可以说明季铵盐与REC发生了阳离子交换反应,到的REC为有机REC。③及④分TPUORECB TPUR图3为复合材料的X2射线衍射曲线。图中①～

③是ORECB TPUR复合材料的衍射曲线。可以看出,有机粘土层间距进一步扩大,从而形成ORECB TPUR插层纳米复合材料。当粘土含量较小时,TPUR的插入程度大,插层效果好,在X2射线衍射图中,表现出的层间距大,当ORECB填充量为2份时,得到复合材料的d001最大,达到4.1443nm,,。所以,填入8001=5030nm。图3中④TX线曲线,未处理REC d001尖锐衍射峰依然存在,但REC的层间距要比未加入到TPUR之前稍大,这主要是因为有部分TPUR在熔融过程中插入到了REC层间,使得REC层间距略微变大

。

比,④图在TPUR收峰,并在1130cm-1,峰的形状发生变化,指纹区389～500cm-1处,出现的吸收峰,应该是季铵盐中长链亚甲基的吸收峰,说明ORECB与TPUR混炼所得的复合材料不是简单的共混物

。

图3　复合材料X2射线衍射图

图1　红外光谱图

图2是未处理和有机处理REC的X2射线衍射曲线。由图可知,无论是未处理还是处理过的REC,都明显存在很强的(001)衍射峰,而X射线底面衍射(001)是确定间层距的依据。其中,REC的层间距

d001=2.2182nm,ORECB层间距为2.5368nm。

图4(a)是REC TPUR的SEM照片。由于未有机化处理的REC表面为亲水憎油性,它与TPUR的相容性差,很难分散开,所以在TPUR中只有个别的片层结构,其余几乎全部以未分散的大

(c)图分别为2、团簇存在;图4(b)、5份ORECB在复合材料中的分散情况,可以看出ORECB大部分

以小颗粒的形式均匀分散在基体中,只有极少数交联在一起的小团簇,这充分说明,ORECB在小于5份添加量时,分散效果较好。随添加量的增加,团簇的现象逐渐增多,见图4(d)。

由此可知,REC经有机化试剂处理后,其层间距增大,这说明有机长链试剂进入REC层间的同时撑开

图4　复合材料扫描电镜照片

　　Molau实验可以说明复合材料的微观结构。实验发现,ORECB TPUR与未处理REC TPUR复合材料在DMF中的溶解情况存在很大差别。TPUR、OREC2B TPUR、OREC5B TPUR

个合理的理由来解释,还有待于进一步进行研究

。

在

DMF中形成了均匀的乳液。REC TPUR与OREC8B TPUR却在DMF中产生了明显的相分

离,上层为溶于DMF的TPUR溶液,下层为在

这说明,ORECBTPUR中未充分分散的REC沉淀。

在含量较低的情况下与TPUR具有良好的分散性,分散的颗粒足够小。而未处理REC或ORECB的含量较高时在复合材料基体中或因表面属于亲水憎油性,与TPUR之间没有很好的相容性,的颗粒较大,明,,ORECB能够在TPUR。2.2　复合材料的力学性能

图5

图5是复合材料的拉伸强度变化情况。在ORECB填充量为2份时,复合材料的拉伸强度达

图6　复合材料的断裂伸长率

到最大值,由纯TPUR的37.2MPa增大到

52.48MPa,增幅达40.3%。随后,拉伸强度随但ORECB含量在5份ORECB含量的增加而降低。

以前都具有增强效果,在5份以后拉伸强度与纯TPUR相比有所降低,8份时,拉伸强度下降11%。

REC TPUR复合材料的拉伸强度的变化情况

图6为粘土含量与断裂伸长率之间的关系。可以发现,ORECB含量在5份之前伸长率和拉伸强度的变化趋势正好相反。ORECB添加2份时,断裂伸长率比纯基体下降6%;5份时,出现了最大值,比纯基体增加5%。由于ORECB和TPUR之间具有良好的界面粘结,它们之间存在着较强的物理化学作用,在含量较小时,增强材料分散的颗粒较小,复合材料的拉伸强度增大,复合材料抗变形能力较强,断裂伸长率下降。随着ORECB含量的增加,分散在基体材料中的颗粒逐渐增大,材料的拉伸强度有所下降。但 …… 此处隐藏：4416字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……