聚乙烯醇蒙脱土纳米复合材料的研究

青岛科技大学研究生学位论文

聚乙烯醇／蒙脱土纳米复合材料的研究

摘要

聚合物／层状硅酸盐（Ｐｏｌｙｍｅｒ／ＬａｙｅｒｅｄＳｉ１ｉｃａｔｅ，ＰＬＳ）纳米复合材料是

以聚合物为基体，以纳米分散的硅酸盐片层作为填料的新型复合材料，由于它在改善聚合物的力学性能、耐热性、光学性能、阻燃性及气体阻隔性等方面性能的优良表现，近几年得到了广泛的研究。

本课题研究了聚乙烯醇／蒙脱土（ＰＶＡ／ＭＭＴ）纳米复合材料体系的制备、结

构、性能和化学改性，主要内容分为三个部分：

首先，从某地钠质蒙脱土矿物加工出发，研究了不同加工条件对蒙脱土结

构与性能的影响，经提纯得到高纯度蒙脱土。实验结果表明，在球磨粉碎过程中蒙脱土矿物的平均粒径、离子交换容量，亨特白度、吸蓝量、胶质价，膨胀倍以及流变性等都与球磨时间存在密切联系，并随着粉碎时间呈现一定的变化规律。ＸＲＤ和ＦＴ—ＩＲ分析表明，蒙脱土发生的这些变化是由它在粉碎过程中受到机械力化学作用而产生的晶格结构畸变和无定形化引起的。蒙脱土矿物的不同粉碎时间还影响了从蒙脱土中提纯蒙脱石的收率。

其次，采用溶液插层一流廷成膜法，由钠质蒙脱土悬浮液和ＦＶＡ溶液直接制

备得到了ＰＶＡ／ＭＭＴ纳米复合材料，并对该复合材料进行了结构表征。ＸＲＤ测试结果表明，复合材料中的蒙脱石的层问距显著增大，表明ＰＶＡ分子进入了蒙脱石的片层之间；ＴＥＭ照片清晰显示了蒙脱石片层在ＰＶＡ基体中均匀分散的纳米结构；ＳＥＭ测试中观察到了复合材料断裂时裂纹的纳米结构形貌。ＴＧＡ分析表明复合材料的热性能比纯ＰＶＡ有较大提高。通过正交试验法，研究了ＰＶＡ／ＭＭＴ纳米复合材料制备过程中悬浮液ｐＨ值、投料方式和分散方式对材料结构的影响，确定了最佳的制备条件。力学性能测试表明，ＰＶＡ／ＭＭＴ纳米复合材料的杨氏模量提高显著，蒙脱土含量为１０％时复合材料的杨氏模量是纯ＰＶＡ的３．０３倍；拉伸强度和直角撕裂强度随着蒙脱土含量先增大后减小，对蒙脱土含量变化敏感，二者最多分别提高了２１．５％和２０．Ｏ％；复合材料的断裂伸长率则呈现下降趋势，蒙脱土含量１ｏ％时仅为纯ＰＶＡ的５３．５％；不同增塑剂和增塑剂含量对拉伸强度、断裂伸长率和直角撕裂强度有一定影响；耐水性测试表明，纳米复合材料的吸水率和吸水速度与蒙脱土含量比纯ＰＶＡ有显著下降；透湿性测试表明，纳米复