复配改性黏土/丁腈橡胶纳米复合材料的结构及性能

用不同阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)复配改性无机黏土,制备了有机改性黏土/丁腈橡胶(NBR)纳米复合材料,并表征了有机黏土与纳米复合材料,考察了不同表面活性剂及配比对纳米复合材料物理机械性能的影响。结果表明,CTAB/SDS复配改性黏土/NBR纳米复合材料的层间距比CTAB改性黏土/NBR纳米复合材料增加了1.15 nm,具有更多的插层结构,橡胶基体中黏土颗粒分布细致、均匀,且黏土片层间无聚集体存在;CTAB/SDS复配改性黏土/NBR纳米复合材料的物理机械性能优于CTAB/SDBS复配改性黏土/NBR纳米复合材料及CTAB改性黏土/NBR纳米复合材料,且当CTAB/SDS(质量比)为4∶2时,纳米复合材料的拉伸强度、撕裂强度及扯断伸长率出现最大值,其中,拉伸强度和撕裂强度较CTAB改性黏土/NBR纳米复合材料分别提高了62.7%和12.3%。     

不同钠基蒙脱土改性方法及NRCNs的结构与性能

采用了长链脂肪族季铵盐十八烷基三甲基溴化铵(STAB)改性钠基蒙脱土(MMT),并通过熔体共混法填充至天然橡胶(NR),制备得到MMT/NR纳米复合材料(NRCNs),考察了未改性MMT及改性MMT的微观结构和分散相态，以及不同方法改性MMT所制备的复合材料力学性能和硫化特性。结果表明，固液改性MMT拥有更好的改性效果，固液改性MMT的层间距较未改性MMT的层间距提高了268%;固液改性NRCNs的拉伸强度较纯胶提高了21%。固液改性法同时具有环保节水的优点，是一种值得进一步研究的方法。     

CTAB/CPL复配改性黏土制备NBRCNs的结构与性能研究

采用CTAB/CPL(比例为3.0g∶1.0g)复配改性有机黏土制备NBRCNs,考察了复配改性有机黏土制备的NBRCNs的微观结构、力学性能和分散相态。实验结果表明,无机黏土经CTAB/CPL复配改性后,黏土晶层间距由起始1.25nm扩大至1.82nm,NBRCNs中黏土晶层间距进一步扩大为4.67nm,即橡胶大分子链进一步插层进入黏土片层中,制备得到插层型纳米复合材料。有机黏土用量为10份时,复配改性有机黏土制备的NBRCNs的各项力学性能最优,拉伸强度为5.16 MPa,撕裂强度为20.97kN/m,较纯NBR硫化胶的1.53MPa和8.77kN/m分别提高了237%和139%,且明显优于采用单一阳离子CTAB改性有机黏土制备的NBRCNs,充分显示了复配有机改性黏土的可行性和优越性。复配有机改性黏土制备的NBRCNs的微观分散相态优于单一阳离子改性有机黏土制备的NBRCNs。     

复配改性黏土填充PLA复合材料的结构与性能

分别采用无机黏土(Clay)、十八烷基三甲基溴化铵(STAB)改性黏土(S-OC)以及十八烷基三甲基溴化铵(STAB)/十二烷基磺酸钠(SDS)复配改性黏土(SS-OC)填充聚乳酸(PLA)制得复合材料PLA/Clay、PLA/S-OC和PLA/SS-OC,通过拉伸性能测试和冲击性能测试,研究了黏土种类及含量对复合材料力学性能的影响。结果表明:PLA/SS-OC的力学性能(拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度)均最优,随着SS-OC含量的增加,材料的力学性能先升高后下降,含量为2%时,性能最佳。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜分析(SEM)发现,黏土改性后,晶层间距增大,在PLA基体中分散性提高,且SS-OC插层效果优于S-OC。     

阴/阳离子表面活性剂复配改性粘土/橡胶纳米复合材料的结构与性能

采用阴离子表面改性剂十二烷基磺酸钠(SDS)与阳离子表面改性剂十八烷基三甲基溴化铵(STAB)复配改性粘土,制备有机粘土/橡胶纳米复合材料,考察其结构和性能。结果表明:当SDS/STAB质量比为2/4时,有机粘土/丁腈橡胶(NBR)纳米复合材料的综合物理性能最优,STAB的有机阳离子取代无机粘土层间可交换的阳离子,SDS通过碳-氢键与无机粘土层间非极性较强的质点发生范德华力及离子静电吸附作用,获得晶层间距更大的有机粘土;与非极性的丁苯橡胶和天然橡胶相比,极性的NBR使粘土的远程聚集趋势减小和界面吸附作用增强,相应复合材料的物理性能增幅更大。     

十六烷基氯化吡啶改性无机黏土/丁腈橡胶纳米复合材料的结构与性能

采用十六烷基氯化吡啶(CPC)改性无机黏土(蒙脱土,MMT)并制备橡胶/黏土纳米复合材料,研究了有机黏土/丁腈橡胶纳米复合材料(NBRCNs)的结构、力学性能和微观相态。结果表明,CPC改性MMT所制备NBRCNs中有机黏土的片层间距5.10 nm要大于十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性MMT的4.41 nm,表明其形成了更多的插层结构。当MMT与改性剂的质量比为2.5/1.0时,CPC改性MMT所制备NBRCNs的拉伸强度和撕裂强度分别为4.72 MPa和26.66 kN/m,较CTAB改性MMT的3.28 MPa和16.50 kN/m分别提高了44%和62%,且前者所制备NBRCNs的相态分散程度比后者更加细致均匀。将CPC改性MMT用于添加丁腈橡胶等极性橡胶的增强效果要优于添加丁苯橡胶等非极性橡胶。     

改性剂种类对蒙脱土结构和性能的影响

为增加蒙脱土(montmorillonite,MMT)和有机物的相容性和研究插层剂种类对MMT结构和性能的影响,采用Cu,Co和Ni无机金属阳离子,十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、α-烯烃磺酸盐和十二烷基苯磺酸钠等有机阴离子表面活性剂及十六烷基氯化吡啶、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵等有机阳离子表面活性剂作为改性剂,对蒙脱土进行一次改性和二次改性,制备出一系列改性蒙脱土.研究了改性剂种类、插层方式、插层次序对插层效果的影响.X射线衍射分析表明:一次改性时,插层剂均能进入蒙脱土的层间,改性土的层间距由1.04nm增加到1.7～3.52nm;二次改性时,先阳离子后阴离子的插层顺序有利于层间距增大(4.14nm),还可利用配位作用将二次改性剂引入金属离子一次改性MMT中,使层间距增大.改性机理研究认为:阳离子改性机理为层间离子交换,而阴离子改性机理是改性剂和MMT表面形成了氢键.沉降实验表明一次改性土和二次改性土在有机溶剂中分散能力有所增强.     

异氰酸酯改性蒙脱土的制备与表征

通过二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯(MDI)改性酸化的钠基蒙脱土(Na-MMT),制得MDI-MMT,再利用MDI-MMT分别与水和乙醇反应,制备H2O-MDI-MMT和C2H5OH-MDI-MMT。利用十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)改性的MMT和OTAC、MDI复配改性MMT,分别制得OTAC-MMT和OTAC-MDI-MMT。采用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)、FTIR、TG、XRD和SEM对改性MMT进行了表征。结果表明,MDI改性MMT对其层间阳离子含量不产生影响,且MDI-MMT、H2O-MDI-MMT和C2H5OH-MDI-MMT的层间距变化不大,保持在1.33~1.44 nm之间。OTAC改性MMT层间距得到了较大的改善,层间距在2.03~4.43 nm范围内,而OTAC、MDI复配改性MMT的层间距得到了进一步扩大,最大达到了15.98 nm,实现了充分剥离。     

无机粘土的烷基铵盐改性及NBRCNs的结构与性能研究

采用长链脂肪族季铵盐改性有机粘土的方法,研究了烷基铵盐改性剂的碳链长度及配比对无机粘土(MMT)改性效果的影响。结果表明,同一改性剂配比下,由不同碳链长度的烷基铵盐改性剂改性MMT制备的丁腈橡胶/粘土纳米复合材料(NBRCNs)的微观结构、力学性能和分散相态不同,碳链长度适中的十二烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性效果较好,碳链长度较长或较短都不利于MMT的改性。对于碳链长度较短的二十二烷基三甲基溴化铵(DTAB),当DTAB用量增加,粘土片层间距增大,力学性能提高。对于碳链长度较长的十八烷基三甲基溴化铵(STAB),STAB用量降低有助于扩大粘土片层间距和提高力学性能。     

季铵盐复配硅烷偶联剂改性蒙脱土的制备及表征

制备十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)复配γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)改性蒙脱土(MMT),利用XRD、ICP、FTIR、TG和SEM对改性前后的蒙脱土进行表征.结果表明MMT层间距的扩大主要是由于OTAC与MMT层间阳离子交换的结果,质子化的KH550亦能与MMT进行离子交换但不影响OTAC对MMT的有机改性,而且KH550能与MMT表面羟基反应形成化学键而接枝于MMT表面.     

高性能橡胶/黏土纳米复合材料的制备与结构

研究了硬脂酸(SA)处理有机黏土(OC)制备橡胶/黏土纳米复合材料的结构与性能,并与未处理的OC制备的纳米复合材料进行了对比。结果表明,SA上的—COOH与OC片层表面的—OH发生了酯化反应,促使SA插层进入OC层间,使层间距扩大。采用SA处理OC制备出分散相态细致均匀、力学性能优异的丁腈橡胶/黏土(NBR/SA-OC)纳米复合材料;当OC与SA的质量比为10∶6时,纳米复合材料的性能最优。用带有极性和反应官能团的橡胶制备橡胶/黏土纳米复合材料,OC的分散性更好,与未处理的OC制备的纳米复合材料相比力学性能更优。     

球磨改性处理对MMT及PET/MMT复合材料的影响

采用球磨法用催化剂醋酸锑和表面活性剂改性蒙脱土(MMT),研究球磨时间对MMT层间距、红外光谱和粒度的影响,并采用原位聚合法制备PET/MMT复合材料,对其热稳定性和结晶熔融性能进行表征.结果表明:随着球磨时间的延长,MMT在乙二醇中粒度变小,有更多表面活性剂进入MMT层间;PET/MMT中MMT层间距增大、热稳定性提高.     

CTAB/PEG复配改性制备OC/NBR复合材料及性能研究

本文采用阳离子表面改性剂CTAB与非离子表面改性剂PEG复配改性粘土(OC),并通过乳液法制备复配改性粘土/NBR复合材料,并研究CTAB与PEG的比例对于复合材料力学性能的影响,同时利用红外、X射线衍射表征改性粘土的结构,扫描电镜表征改性粘土/NBR复合材料分散相态。实验结果表明:CTAB与PEG比例为1∶0.4制得的复配粘土/NBR复合材料性能最优,其拉伸强度为6.87MPa,撕裂强度为16.41N/mm,断裂伸长率为432%。     

聚氨酯/有机蒙脱土纳米复合材料的结构与性能Ⅰ.水基端羟基阳离子聚氨酯改性蒙脱土

合成了一系列不同相对分子质量的水基端羟基阳离子聚氨酯(WHTCPU),用其作为插层剂对蒙脱土(MMT)进行有机改性,通过阳离子交换得到含有活性羟基官能团的有机MMT。用广角X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、透射电子显微镜、原子吸收光谱和显微电泳法等对改性后MMT的结构、性能进行了分析表征。结果表明,经WHTCPU改性的MMT是含有活性羟基官能团的有机MMT;当NCO/OH的摩尔比为1.5/2时,MMT层间距由原来的1.264 nm扩大到2.025 nm,此时有机MMT的阳离子交换能最低;经过WHTCPU改性的MMT粒子的电性得到反转。     

改性剂对MMT/尼龙6复合材料力学及吸水性能的影响

使用干法改性蒙脱土(MMT),比较硅烷偶联剂(KH550)、硬脂酸钙两种改性剂对MMT改性效果。通过吸油值、接触角、X射线衍射(XRD)等方式表征两种改性剂不同改性效果。结果表明,改性MMT较MMT原料的吸油值减小,接触角增大; MMT层间距在改性剂的作用下从1. 22 nm分别增加到1. 26 nm (硬脂酸钙),1. 28 nm (KH550),综合结果表明KH550改性效果较好。采用熔融挤出法制备改性MMT/PA6复合材料,并对两种改性MMT/PA6的力学性能、吸水性进行分析。力学结果显示KH550改性MMT/PA的拉伸强度为68. 69 MPa,较PA6原料拉伸性能提高了9. 89%,硬酯酸钙改性MMT/PA6拉伸强度为68. 06 MPa,较原料提高了8. 86%。改性MMT/PA6吸水性降低且拉伸强度稳定性保持良好。     

质子化处理改性黏土制备NBRCNs的结构与性能

采用经质子化处理后的十八烷基胺改性黏土制备丁腈橡胶/黏土纳米复合材料(NBRCNs)。旨在获得具有更大晶层间距结构的有机黏土(OC)(XRD测试),削弱黏土片层之间的界面作用力,将黏土片层以纳米尺寸均匀分散在NBR中(SEM、TEM表征),最终获得具有优异力学性能的 NBRCNs。实验结果表明,当有机黏土含量为10phr时,采用经质子化处理后的十八烷基胺改性黏土制备NBRCNs的拉伸强度、撕裂强度、100%/300%定伸应力及硬度,与采用常规的长链脂肪族季铵盐改性有机黏土制备的NBR/C₁₆-OC纳米复合材料和NBR/S₁₈-OC纳米复合材料相比,分别提高了61.04%、51.79%、30%/26.21%、7.27%和80.28%、49.57%、31.09%/34.72%、11.32%。     

己内酰胺复配异氰酸酯改性蒙脱土的制备与表征

以己内酰胺(CL)为插层剂,二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯(MDI)为改性剂,制备己内酰胺复配异氰酸酯改性钠基蒙脱土(Na-MMT).将复配改性制得的有机蒙脱土再与Na-MMT、己内酰胺插层的Na-MMT和异氰酸酯(MDI)改性的Na-MMT进行对比研究.利用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)、能量色散偏振X射线荧光光谱仪(XRF)、红外光谱(FTIR)、热重分析(TG)和电子显微镜(TEM)对改性前后的Na-MMT进行表征.结果表明,己内酰胺能进入水溶胀的Na-MMT层间,但对层间阳离子(Na+)含量影响不大;MDI能与MMT外表面和端面吸附的水反应生产取代脲对MMT进行有机包覆,而对MMT的分散和层间阳离子含量影响不大;只有己内酰胺复配MDI改性的MMT,其层间阳离子含量显著降低,且微观上呈纳米级分散.     

不同钠盐改性蒙脱土的制备及表征

为了后期制备有机改性蒙脱土,利用离子交换法将氯化钠、硫酸钠和碳酸钠三种钠盐表面活性剂插入到天然蒙脱土(MMT)层间,对其进行钠基化处理,并对改性后的蒙脱土结构和性能进行了表征。热重分析(TGA)结果表明,钠盐已成功插层到蒙脱土层间,改性后的蒙脱土热稳定性增强;X-射线衍射分析(XRD)结果表明,改性后的蒙脱土层间距增大,平均层间距分别从0.99 nm增大到1.25、1.23、1.21 nm,其中氯化钠改性效果最好。     

PP/OMMT纳米复合材料制备技术研究

对潍坊某地的膨润土(MMT)原料进行提纯、用碳酸钠作为钠化剂进行钠化改型及有机改性,制备出与聚合物相容性较好的有机膨润土(OMMT),将之与聚丙烯(PP)复合制备出PP/OMMT纳米复合材料。重点研究了不同改性剂对MMT层间距的影响以及OMMT用量对复合材料力学性能的影响。结果表明:在十八烷基苄基二甲基溴化铵(1827)和己内酰胺复合改性剂的作用下,MMT的层间距扩大到2.44 nm;在一定范围内,随着OMMT用量的增加,PP/OMMT纳米复合材料的冲击强度和拉伸强度呈现先提高再降低的趋势,OMMT用量为2%时,复合材料的缺口冲击强度达到6.65 kJ/m2,拉伸强度达到24.53 MPa。     

尼龙12/OMMT纳米复合粉末的制备及性能

利用十八烷基三甲基溴化铵(OTAB)对蒙脱土(MMT)进行有机改性,并通过溶液插层法制备尼龙12/有机蒙脱土(PA12/OMMT)纳米复合粉末。利用X射线衍射、傅立叶变换红外光谱、扫描电子显微镜等手段对改性后的MMT及PA12/OMMT纳米复合粉末的结构和微观形貌进行表征,并将复合粉末热压成型制成标准件,测试其力学性能和热性能。结果表明,经过有机改性,MMT的层间距由1.24 nm增加到了2.13 nm,且改性后的MMT能均匀地分散在PA12基体中,PA12/OMMT纳米复合粉末的成型件在拉伸强度、弯曲强度、冲击强度和热性能方面都优于纯PA12粉末。PA12/OMMT纳米复合粉末为选择性激光烧结技术(SLS)提供了一种性能良好的粉末材料。