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聚丙烯纳米复合材料的微结构及物性检测

王建智王晔*

台湾东海大学化学工程研究所

一、摘要大链段，要直接将其插入到蒙脱土的片层
本研究利用熔融插层法混炼工艺，制中实现纳米级的分散比较困难，相反有可
备聚丙烯-有机蒙脱土的纳米复合材料。由能造成高分子量树脂挤压硅酸盐片层，造
于聚丙烯树脂是非极性的，它与具有极性成层间距缩小的情况。因此必须先用表面
的纳米蒙脱土之间相容性不好，所以必须活性剂的亲水端，与蒙脱土中的阴离子进
利用相容剂来改性树脂，以增加材料的相行离子交换，并与蒙脱土离子产生键结，
容性。本研究主要利用塑谱仪及双螺杆挤同时其亲油端的长链段，也可达到预先膨
出机制备纳米复合材料，探讨混炼过程中润的效果，以期有机高分子能与蒙脱土层
相容剂含量及不同蒙脱土改性的影响，并间的亲油链段产生相容作用，进一步实现
探讨复合材料的分散性、流变性质、热机纳米级的分散。因此常使用含有长烷基的
械性质以及热安定性，以决定一最佳含量。胺盐做为表面活性剂改善表面粘着强度。
由塑谱仪及双螺杆的混炼机制得知，在处理后的有机蒙脱土与树脂相容剂的选
熔融插层法在双成分处理中分散性对流择方面，必须选用较低分子量的寡聚体，
变，影响蒙脱土分散因素除了提高相容剂先对改性后的有机蒙脱土进行改性，同时
含量对蒙脱土的分散，具正面改性分散效在另一方面可以跟聚丙烯树脂产生较佳的
应。聚丙烯纳米复合材料中随着相容剂含相容性，以达到良好分散的效果，最佳的
量的增加虽然有助于蒙脱土的分散，但含分散效果及机械性质，应是目前有机蒙脱
量增加时，由于彼此间分子量差异使得融土纳米复合材料研究的重点。
熔指数差异过大，继而影响到复合材料的
机械性质，在实验结果中得知三成分最佳三、实验
组成在相容剂比有机蒙脱土为3/1时最佳，一、实验材料
并由低含量实验证明，产生网状结构起始(a)树脂：热塑性商用聚丙烯
含量，随蒙脱土分散性提高时可相对减少(polypropylene)，永嘉(Yung-Chia)化
有机蒙脱土含量。学公司提供，批号Yungsox-1040注塑级，
密度为0.904g/cm3，熔点165℃。
二、简介(b)改性剂(clay)：有机蒙脱土
添加填料的主要目的在于改善高分子(I.30P)，美国Nanocor公司提供，型号
材料的物理性质，同时亦可以降低生产成Nanomer®I.30P。密度为0.2～0.6g/cm3，
本。这些改善的物理性质包括增加强度、最高含水率为3wt%，层间距为2.36nm，
改善机械性质、提高软化点温度、减少成无机成份约66%(TGA实测)
品收缩现象。一般来说，在广泛使用的塑(c)相容剂(PPgMA)：Polybond
料品种中，聚丙烯具有价格低、设计自由polymermodifiers，优品化学
度大、可注塑成形等优点，所以在生产中(UniroyalChemical)公司提供，批号
受到重视。现今应用最广泛的是添加无机PB3150，MAcontent0.5wt%，熔点
填料的聚丙烯复合材料，它在汽车工业、164℃(实测)。
家具制造、电子产品、一般家庭用品以及
人造纤维方面均有相当良好的应用价值且二、实验方法
使用量也逐年增加。(a)混炼实验：
就纳米复合材料而言，由于树脂多为(1)蒙脱土干燥：置于热循环烘箱，
疏水性，而蒙脱土颗粒则为亲水性，因此设定温度80℃烘干24小时以上。
在树脂与蒙脱土之间无法实现较好的相(2)双螺杆挤出机(螺杆直径为
容，同时有机高分子多为碳、氢组成的巨31.2mm，L/D=44.9，料缸10段，螺距
销售美国NANOCOR公司有机蒙脱土13911096800http://www.east8west.cn1
(CenterlineDistance)=26.2mm，螺杆与加时，有机蒙脱土的片层易被撑开，从而
套筒间隙为0.25mm)，温度设定如图，螺剥离效果更好．
杆转速为200RPM，进料量为3.5Kg/hr。图3(a)是聚丙烯树脂加入有机蒙脱
(b)复合材料结构及物性检测：土、没有添加相溶剂的TEM电子显微镜图。
(1)TEM是使用120kV电子加速器的由图中可发现有机蒙脱土有明显的颗粒聚
JEOLJEM-1200EXⅡ机型。集，且不易分散在聚丙烯中。因为聚丙烯
(2)XRD型号为MacScienceM18是非极性高分子，和有机蒙脱土相容性不
XHF-SRA的X光衍射仪。此衍射仪使用Cu好，在图3(b)中高倍率观察下，更明显的
Kα的射线光源，且操作在40kV和100mA。发现有机蒙脱土的聚集颗粒，呈现深黑色
(3)流变性质测试仪器为RDAII，先将块状，厚度超过100nm。故需要加入马来酸
复合材料制成半径25mm、0.7mm厚的圆片，酐接枝聚丙烯来促进聚丙聚和有机蒙脱土
扫描频率为0.1-100rad/