有机酸镧基膨润土原位插层改性PVC及其结构、形态与性能的研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51163012
项目类别：
地区科学基金项目
资助金额：
52.0万
负责人：
魏忠
依托单位：
石河子大学
学科分类：
E0305.高分子共混与复合材料
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
黄东；薛梅；吴建宁；杨振兴；侯华；刘欢；
关键词：
有机酸镧基膨润土纳米复合材料 PVC 热稳定性原位聚合

项目摘要

针对目前PVC/层状硅酸盐纳米复合材料制备、加工过程中热稳定性差，层状硅酸盐与PVC基体相互作用弱发生重新聚集的特点，本项目从分子设计角度出发，利用氧化镧插入酸性膨润土，结合不饱和有机酸改性，获得拥有良好热稳定性、适于原位聚合制备PVC纳米复合材料的新型有机酸镧基膨润土；通过引入不饱和双键参与氯乙烯的原位聚合，形成纳米片层包覆网络，防止片层重新聚集的同时提高复合材料的机械性能；调控引发体系和聚合反应，制备一系列片层结构、形态可控的PVC/膨润土纳米复合材料；对材料进行结构、形态表征以及机械性能和热性能测试，建立材料结构、形态与性能的关系，加深对PVC纳米复合材料强韧化、热稳定性机制的认识。

结项摘要

针对目前PVC/层状硅酸盐纳米复合材料制备、加工过程中热稳定性差，层状硅酸盐与PVC基体相互作用弱发生聚集的特点，本项目设计制备了一系列拥有良好热稳定性、适于PVC纳米复合材料制备体系的有机酸镧基蒙脱土；通过有机酸和不同官能团的引入，可以提供复合材料以不同的功能性，拓展材料的应用领域。对材料进行结构、形态表征以及机械性能和热性能测试，加深了对PVC纳米复合材料强韧化、热稳定性机制的认识。.（1）通过条件筛选和优化，确定了有机酸镧基蒙脱土水相的一步法制备工艺，制备的有机化改性蒙脱土片层间距可达3.3 nm，有机酸和镧与片层作用力强，热稳定性高，有机化含量在30%左右，适合PVC体系纳米复合材料的制备。.（2）制备了有机酸镧基蒙脱土PVC纳米复合材料，有效消除了传统季铵盐改性蒙脱土对PVC分子链脱HCl的促进作用，有效提高了复合材料的热稳定性，这一点在材料后续的加工过程中表现的尤为明显。所用有机酸类型和镧含量直接与复合材料的热稳定性相关，其中La-OMMT-SDD添加量为3 wt%时，起始分解温度从纯PVC的243.42℃提高到275.06℃，刚果红稳定时间相较纯PVC提高了12倍以上，达到36 min。.（3）有机酸改性镧基蒙脱土与PVC基体相容性好，片层剥离较完全，同时原位聚合法相较熔融插层能够使片层分散的更均匀，在更低添加比例条件下，其对PVC纳米复合材料力学性能的提高更明显。其中SU-La-MMT末端的双键可以参与氯乙烯原位聚合，将蒙脱土片层包覆起来，并增强片层与PVC基体的相互作用，其添加量为1wt%时，缺口冲击强度从4.37提高至6.63 JK/m2，断裂伸长率从50.7%提高至96.9，有效提高材料的韧性。.（4）相较传统季铵盐改性蒙脱土对PVC材料燃烧的促进作用，有机酸镧基蒙脱土的添加能够有效的降低PVC复合材料的热释放速率、总热释放量、平均有效燃烧热等，在PVC燃烧的过程中起到了良好的阻燃效果。其中La-OMMT-SMDP添加的效果最佳，热释放速率从156.49降低至131.48 kw/m2，总热释放量从58.12降低至44.97 MJ/m2。