原位聚合法制备聚乳酸/黄腐植酸季铵盐插层皂石纳米复合材料及其结构表征

以新疆地产风化煤(weathered coal)为原料通过硝酸氧解工艺制备黄腐植酸(fulvic acid,FA),并对黄腐植酸进行季铵化改性,合成黄腐植酸季铵盐(quaternary fulvic acid,QFA).以皂石为原料通过超声波辐照法制备黄腐植酸季铵盐插层皂石(QFA-saponite).以丙交酯和QFA-saponite为原料,在辛酸亚锡催化作用下,制备了聚乳酸/黄腐植酸季铵盐插层皂石(PLA/QFA-saponite)纳米复合材料.通过正交实验探讨了聚合时间、聚合温度、催化剂和QFA-saponite加量对PLA分子量的影响,其最优反应条件为反应12 h、辛酸亚锡加量3%、温度150℃、QFA-saponite加量为2%,该正交优化条件下合成的PLA/QFA-saponite纳米复合材料的重均分子量可达95300.红外光谱分析表明黄腐植酸中引入了季铵根离子.X-射线衍射(XRD)对QFA-saponite的分析表明,QFA-saponite呈现部分剥离与插层共存的状态,其层间距达到1.57 nm,比皂石层间距增大0.17nm.用XRD、示差扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(POM)、热重分析(TGA)等方法对复合材料进行结构表征.结果表明,PLA/QFA-saponite纳米复合材料具有剥离型结构,QFA-saponite有效改善复合材料的结晶性能和热稳定性.抗菌实验表明,黄腐植酸季铵盐插层皂石对大肠杆菌(Escherichia coli),枯草杆菌(Bacillus subtilis),黑曲霉菌(Aspergillus)及青霉(Penicillium)有较强的抑菌效果,同时聚乳酸/黄腐植酸季铵盐插层皂石纳米复合材料也有良好的抗菌性能.     

不同链长的聚醚铵阳离子协同插层对蒙脱土性能的影响

为了制备高性能的聚合物/蒙脱土纳米复合材料, 必须对蒙脱土(MMT)进行有机改性来改善蒙脱土表面的疏水性、提高蒙脱土与聚合物之间的相容性, 同时也需要尽可能地增大蒙脱土的层间距. 为此, 提出了一种采用不同链长的聚醚铵阳离子协同插层MMT 的新方法, 即采用D2000(或T5000)聚醚铵盐与D400 聚醚铵盐协同插层MMT, 并采用X射线衍射分析(XRD)和热重分析(TGA)研究了协同插层对改性MMT 的层间距、有机含量以及耐热性的影响. 另外, 也研究了插层过程中的搅拌方式和D400 聚醚铵盐多次插层对改性MMT 的层间距、有机含量等的影响. 研究结果表明,采用长链聚醚铵阳离子协同插层更有利于提高D400 聚醚铵盐改性MMT 的层间距和有机含量; T5000 协同插层MMT中总的有机含量(64.06%)进一步增加, 这可能是因为T5000 的支链在MMT 层间形成的笼型结构既提供了更大的空隙,又起到了屏蔽作用, 同时也得到了较大的层间距(6.86 nm).     

高抗冲聚苯乙烯/蒙脱土复合材料的阻燃性研究

用经十六烷基三甲基溴化铵有机化改性的蒙脱土 (OMMT)与高抗冲聚苯乙烯 (HIPS)通过熔融插层法制备了HIPS OMMT复合材料 ,用X ray衍射技术对材料结构进行了表征 ,发现钠基蒙脱土 (Na+ MMT)和有机蒙脱土的层间距分别为 1 5 1nm和 2 18nm ,HIPS OMMT(5phr)复合材料中蒙脱土的层间距因聚合物大分子的插入扩大为 3 4 4nm ;而HIPS与Na+ MMT形成的复合材料的层间距与Na+ MMT的层间距相比却没有变化 ,表明未有机化处理土没有形成插层结构 .锥形量热仪的研究结果表明HIPS OMMT复合材料的热释放速率、质量损失速率以及生烟速率等燃烧特性参数均显著降低 ,具有较明显的阻燃性和抑烟性 ,而HIPS Na+ MMT非插层型复合材料只有在Na+ MMT很高填充量下 (>2 0phr)才有一定阻燃效果 .比较了铵盐对HIPS阻燃性的影响 ,结果表明铵盐自身的阻燃作用很小 ,主要是插层复合结构起阻燃作用 .     

聚乳酸/壳聚糖季铵盐皂石纳米复合材料的原位插层聚合及性能表征

通过两步法将2,3-环氧丙基三甲基氯化铵接枝壳聚糖合成了水溶性壳聚糖季铵盐(HTCC),以其为插层剂对稀有的新疆皂石(Saponite)黏土矿物进行有机改性,制备了壳聚糖季铵盐皂石(HTCC-saponite),并以其为助剂,以丙交酯为单体,通过原位插层聚合法制备了聚乳酸(PLA)/HTCC-saponite纳米复合材料.最优化合成条件:聚合反应温度150℃,辛酸亚锡加量2%(质量分数),HTCC-saponite加量1%(质量分数)、聚合反应时间16 h.微观结构分析表明HTCC-saponite具有插层与剥离共存的结构.采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TG-DTG)和差示扫描量热仪(DSC)等对PLA/HTCC-saponite纳米复合材料的微观结构、形貌及热稳定性进行了表征和分析.结果表明,HTCC-saponite有效改善了PLA的结晶性能,提高PLA的热稳定性.抗菌测试结果表明,HTCC-saponite具有良好的抗菌性,并赋予PLA/HTCC-saponite复合材料较强的抑菌能力.     

新环氧树脂纳米复合材料的合成和结构研究

以具有层状硅酸盐结构的累托石(REC)为主体,以烷基季铵盐为改性剂合成了有机累托石(OREC),以有机累托石和环氧树脂复合,制备出纳米复合材料。累托石含量在0.8wt.% 时,纳米复合材料具有最佳力学和热学性能,冲击强度增加到65.6 kJm-2,断裂伸长率从4.7 %增加到20.2 %,玻璃化转变温度提高到 197.9 ℃。用X-小角衍射法、透射电镜和红外吸收光谱研究了材料的微观结构,XRD 衍射图显示,未经处理REC 的层间距d001 = 2. 2 nm,经有机改性后,累托石片层间距扩大到2.8 nm,与环氧树脂复合后,其层间距扩大到4.2 nm 左右,FT-IR图显示,有机累托石中出现十六胺的特征吸收峰,TEM照片显示该复合材料是一种纳米复合材料。     

基于胶束插层方法制备高热稳定性和大层间距有机化蒙脱土

采用不同方法制备了多种有机化蒙脱土,并分别采用X射线衍射仪、红外光谱分析仪、热重分析仪、电感耦合等离子体发射光谱仪、元素分析仪、扫描电子显微镜对产物进行了表征,并提出了有机物插层新方式——胶束插层.结果表明:适量钠基蒙脱土(Na-MMT)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和磷酸三苯酯(TPP)在丙酮/水的混合溶剂中进行溶液插层,得到的有机化蒙脱土具有更大的层间距,比单纯采用CTAB的插层效果显著.产物中含有约21.54%的CTAB和17.47±1.05%的TPP,插层机理为CTAB-TPP胶束插层.该有机化蒙脱土的初始热降解温度比单纯CTAB插层蒙脱土最多提高了17.4℃.采用该方法制备的改性蒙脱土既可以进一步提高蒙脱土的层间距,又可以封闭TPP于MMT的片层间,阻止TPP挥发;同时克服季铵盐改性蒙脱土的热稳定性低的问题,得到了层间距大、热稳定性高的有机化蒙脱土,为有机化蒙脱土在高熔点聚合物改性方面提供了条件.     

悬浮缩聚法制备酚醛树脂/蒙脱土纳米复合材料

采用悬浮缩聚方法在酸性催化剂作用下制备了酚醛树脂/蒙脱土纳米复合材料。以三种不同的蒙脱土：天然土、带有脂肪链季铵盐修饰蒙脱土和带有苯环基团的插层剂修饰的蒙脱土为原料制备了纳米复合材料,并考察了不同插层剂对纳米复合材料形貌的影响,发现带有苯环的插层剂修饰的蒙脱土与酚醛树脂的相容性能更好;研究了固化过程对纳米复合材料形貌的影响,XRD和TEM的结构表明固化过程可以促进带有脂肪链季铵盐修饰的蒙脱土进一步剥离,对其他两类的影响不大;此外还用TGA研究了纳米复合材料的热性能。     

长链烷基季铵盐插层氧化石墨的结构变化

基于改进的Hummers法制备氧化石墨(GO),并以长链烷基季铵盐(CnTAB)对其进行插层处理;通过改变CnTAB的链长、浓度,得到系列CnTAB/GO插层复合物。采用XRD和元素分析对产物的最大底面间距及CnTAB插入量进行表征。结果表明,随着Cn TAB链长的增长、CnTAB浓度的增大,CnTAB/GO插层复合物的最大底面间距逐渐增大。CnTAB通过离子键作用和疏水键作用插入到GO层间,在GO片层上的吸附规律符合修正型(Modified)Langmuir模型,即CnTAB以单分子层吸附在GO片层上。根据CnTAB/GO插层复合物最大底面间距及CnTAB插入量的变化规律分析,得出CnTAB在GO层间的排布模式有单层平躺模式、类双层平躺模式、单层倾斜模式和单层直立模式。     

树枝状大分子PAMAM合成及对蒙脱土插层改性和应用研究

有机阳离子改性蒙脱土已广泛应用于聚合物改性制备高性能聚合物。本文合成了不同代数G0(零代)、G2(二代)的树枝状大分子聚酰胺-胺(PAMAM),同时对G0、G2代PAMAM进行了季铵化改性,得到了PAMAM季铵盐,进一步用PAMAM季铵盐插层改性钠基蒙脱土(Na+-MMT)得到了PAMAM季铵盐改性蒙脱土(PAMAM/MMT)。XRD分析表明,PAMAM季铵盐己与Na+-MMT中的Na+进行了离子交换,同时提出了G0、G2代PAMAM季铵盐对MMT的双分子和单分子插层模型。进一步研究了PAMAM/MMT对聚碳酸酯(PC)的流变性能的影响规律,结果表明PAMAM/MMT可明显降低聚碳酸酯熔融剪切粘度,有利于提高其加工性能。     

聚萘并噁嗪/蒙脱土纳米复合材料的制备与表征

用原位插层反应法地制备了聚萘并嗪 蒙脱土纳米复合材料 .采用X ray衍射 (XRD)及透射电镜(TEM)研究复合材料中蒙脱土硅酸盐片层间距 ,发现硅酸盐片层间距由 1 2 6nm扩增至 5 88nm以上 .同时研究了该复合材料的耐热性 ,并探讨了复合材料的结晶行为