溶液插层法制备可降解聚酯PBAT蒙脱土纳米复合材料及其能表征.doc

目 录1前言 12国内外的发呈现状与前景 22.1溶液插层法 42.1.1单体溶液插层 42.1.2聚合物水溶液插层 42.1.3聚合物乳液插层 52.1.4聚合物有机溶液插层 52.2聚合物熔融插层法 63本实验的目的及意义 74 实验 84.1 材料与试剂 84.2 设备与仪器 84.3 实验措施 84.3.1 蒙脱土的构造特性及插层原理 84.3.2 蒙脱土有机化解决 114.3.3 复合材料的制备 124.4 复合材料性能的测试 124.5复合材料的表征 124.5.1 X-射线衍射（XRD） 124.5.2 示差扫描量热分析（DSC） 125 成果与讨论 135.1 固相法插层蒙脱土的工艺研究 135.1.1　HTAB与蒙脱石不同比例含量产物的X-RD测试分析 135.1.2　HTAB与蒙脱石不同搅拌时间产物的X-RD测试分析 155.1.3　HTAB与蒙脱石不同搅拌温度的产物的X-RD测试分析 175.1.4 液相法与固相法插层蒙脱土的工艺比较 195.2 复合材料性能分析 215.2.1 X-射线衍射检测分析复合材料的力学性能 215.2.2 DSC分析该复合材料的结晶度 225.2.3 DSC分析该复合材料的拉伸强度 235.2.4 DSC分析该复合材料的断裂伸长率 244 结论 26致 谢 28参照文献 291前言随着多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多种制品，在完毕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，是缓和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，老式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替代老式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，可运用一般PET聚合装置稍加改善来进行生产，其工艺简朴，因而备受关注目前，BASF公司生产PBAT的产量高达14000吨/年，其多种性能接近甚至优于LDPE运用PBAT产品制备成膜制品的多种长处来对其他材料进行精确调配，该长处是延伸率高、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较好的附着性，用于蔬菜、水果和肉类包装，PBAT膜的湿蒸汽透过率不不小于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,是膨润土的有效成分MMT之因此能具有广泛的离子互换性能和吸附性能的基本是由于化学构成导致的，其晶胞构造特点是由硅氧四周体和铝氧八面体构成，四周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~1000 nm 本文充足运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,但愿制备出性能良好的MMT/PBAT共混薄膜文章重要对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照大多数聚合物基纳米复合材料仍处在研究开发阶段此后研究的重点是使蒙脱土(分散相)尽量均匀分散在聚合物基体中，使该材料的成本减少，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的进一步，低密度、高强度的塑化钢材料给人们的生活需要带来诸多的以便，聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料，由于其综合性能优秀，因此将具有广阔的应用前景，将可以成为一类新型、低成本、高性能的工程塑料2国内外的发呈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，研究了熔融的措施将聚丙烯（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研究结晶行为表白: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测试成果表白: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，通过离子互换反映将有机阳离子嵌入蒙脱土的层间，蒙脱土的晶层构造发生膨胀，变化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互换反映和产物构造进行了具体研究，实验发既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长，倾斜角由11.7°变为73.2°Shannon L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状况，发目前50%CEC如下，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，得出其动力学反映方程式相称于一级反映，并且计算出了25.0℃～35.0℃的反映常数Nuray Yildiz等[6]与N. Yvlmaz等[7]分别研究了有机蒙脱土对对苯二酚的吸附特点和采用十四烷基和十六烷基长碳链表面活性剂改性的有机蒙脱土的吸附特性迄今为止，在有机改性蒙脱石中研究最多的是单阳离子改性近年来对双阳离子、阴一阳离子、阳一非离子改性蒙脱石的研究渐成热点董良云[8]觉得溴化十六烷基三甲铵（CTMAB）含量高的双阳离子有机蒙脱土在高浓度部分协同作用明显，分派作用占了总吸附作用的大部分比例;TMAB含量高的双阳离子有机蒙脱土在高浓度部分协同作用单薄，在表面吸附位饱和之后存在竞争吸附状况研究了对实际废水的吸附状况，采用120CTMAB有机蒙脱土吸附民生药厂废水，有机土用量为10g时，COD单级工艺清除率可以达到35%，可以作为老式生化工艺的预解决阶段，减轻水解决主体工艺的负荷2.1溶液插层法 2.1.1单体溶液插层所谓单体溶液插层就是将粘土分散在液态活性单体中，以单体插入到粘土的层间进行原位聚合形成有机聚合物插层复合材料的一种插层措施。

佘希林[9]运用聚合时放出大量热量，克服蒙脱土片层间的作用力使蒙脱土晶层间距扩大，以致于蒙脱土片层在聚合物基体中以纳米级分散，制得纳米复合材料单体插层原位聚合制备纳米复合材料，单体容易插入蒙脱土晶层，蒙脱土片层分散均匀，蒙脱土与聚合物界面结合力强，属于化学键键合，纳米复合材料性能优秀但是聚合反映复杂，反映条件苛刻，不易控制，难以实现工业化生产张蕤等[10]采用单体原位插层聚合法,可以成功地将丙烯酰胺单体在聚合过程中嵌入并稳定存在于α-磷酸锆（α-ZrP）层间,获得纳米复合材料.在无机物α-ZrP质量分数低于5%时,可以形成层板剥离的层离型纳米复合构造,而当α-ZrP质量分数不小于5%时则可以获得具有插层构造的聚丙烯酰胺（PAM）/α-ZrP纳米复合材料.有关PAM/α-ZrP纳米复合材料的构造、性能及其界面之间的互相作用尚有待进一步研究.王进锋[11]原位插层制备聚丁二酸丁二醇酯(PBS)/MMT纳米复合材料的最佳条件进行了中试放大实验，对所得复合材料进行了SEM、XRD和力学性能和维卡软化点的测试，成果表白蒙脱土在PBS基体中分散均匀，PBS较好的插入进了蒙脱土片层之间，其层间距有了较大提高，得到的为纳米复合材料，与纯PBS相比所得复合材料的力学性能和维卡软化点均有了较大的提高。

2.1.2聚合物水溶液插层聚合物可以从水溶液中直接插层到粘土矿物的层间域形成纳米复合材料其特点是，水溶液对粘土具有一定的溶胀作用，有助于聚合物插层并剥离粘土层;插层条件比其他措施温和，水基插层则既经济又以便许鑫华等[12]LiClO4对蒙脱土进行锂化制备了锂化蒙脱土，然后以锂化蒙脱土和聚乙二醇进行溶液插层纳米复合，热重分析表白体系中的LiClO4减少了材料的耐热性能，使用上限温度为115℃，而纯聚乙二醇可耐温200℃，但对于一般但愿在常温下使用的固体电解质来说，这一影响不大石光等[13]以醋酸溶液为介质,通过溶液插层措施,研究了插层反映温度、插层反映时间、壳聚糖(CS)用量以及CS相对分子量等诸多因素对插层复合物构造的影响，对插层反映温度、插层反映时间、CS用量以及CS相对分子量等诸多因素与插层复合物构造之间关系进行了研究,成果表白:应用相对分子量为8.0×105的CS,在60℃下,插层6 h,所获插层复合物层间距最大为1.53 nm;CS用量对层间距影响较小;减少CS相对分子量有助于CS对MMT的插层,得到层间距更大的插层复合物CS相对分子量是影响插层构造的重要因素,通过CS相对分子量大小的调节有望得到构造可控的插层构造。

肖泳等[14]运用溶液插层法制备了聚环氧乙烷(PEO)/LixMoO3纳米复合材料,并对PEO插层过程的机理作了初步探讨成果表白,PEO插入到LixMoO3片层间的动力一方面来自PEO与L+间的配位能力,另一方面也许与熵的补偿机理有关张泽朋[15]采用溶液插层法制备CR/有机蛭石纳米复合材料,探讨CR插入有机蛭石的作用机理,研究溶剂种类、插层温度、插层时间和有机蛭石用量对插层效果的影响成果表白,CR溶剂为四氢呋喃、插层温度为65℃、插层时间为48 h、有机蛭石用量为3-5份时,插层效果良好2.1.3聚合物乳液插层聚合物乳液插层是一种简便的制备措施，直接运用聚合物乳液如橡胶胶乳对分散的粘土进行插层，可规模化进行，能在一定范畴内有效地调控复合材料的构成比例，无环境污染乳液插层法充足运用了大多数橡胶均有乳液的优势，工艺最简朴，易控制，成本最低;其缺陷是在粘土质量分数较高时分散性不如反映性插层法好宋国君等[16]采用溶液插层法制备了顺丁橡胶/有机蒙脱土(BR/OMMT)纳米复合材料,并对复合材料的微观构造和性能进行了研究成果显示,BR大分子链插入到OMMT片层中,OMMT在橡胶中为纳米级分散;BR/OMMT纳米复合材料的力学性能和耐热性能较纯BR有很大的提高,BR/OMMT纳米复合材料具有优秀的物理性能;OMMT对复合材料的门尼黏度影响很小,BR/OMMT复合材料的吃粉速度快,加工性能优秀。

2.1.4聚合物有机溶液插层陈海群 [17]等人合成一种新型二聚阳离子表面活性剂GeminiC12，一种分子中具有两个季钱盐阳离子，作为有机插层剂应用于蒙脱土的改性解决红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)表白，GeminiC12己插层到蒙脱土片层间，X射线粉末衍射(XRD)表白，插层后蒙脱土层间距从1.119nm增长到3.18nm，是十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)解决效果的两倍，沉降实验表白，改性后蒙脱土在苯乙烯和石蜡中形成凝胶体系，体现出较好的相容性和分散性，这种改性效果优于目前常用的CTAB解决效果，更有助于聚合物或其单体进入蒙脱土层间形成纳米复合材料陈成等[18]研究有机膦插层蒙脱土/PA-6纳米复合材料的制备与性能，XRD测试数据表白:季膦盐有机链可以顺利的插入蒙脱土片层，扩大了蒙脱土的层间距;并且层间距略不小于十六烷基三甲基铵有机蒙脱土的层间距TGA实验成果表白:季膦盐(BTPB)-MMT和季膦盐(D。