PET_蒙脱土纳米复合材料的制备_结构与性能--有机土二次.pdf

《纺织科学研究》9

功能性纺织品及纳米技术应用

PET/蒙脱土纳米复合材料的制备、结构与性能
陈汉周1,王延斌1,杨宇2,赵庆章2
(1.中国矿业大学资源与安全工程学院,北京100083;
2.中国纺织科学研究院研发中心,北京100025)

[摘要]通过对蒙脱土的有机化处理,利用DMT缩聚方法制备了PET/蒙脱土纳米
复合材料,分析了蒙脱土的层间距变化及其在纳米复合材料基体中的分散状态,并测试了
聚合物的结晶性能及力学性能。实验表明,采用二次插层法处理所得的有机蒙脱土能很
好地分散于PET/蒙脱土纳米复合材料基体中,所得复合物的结晶性能与力学性能都有不
同程度的提高。
[关键词]聚乙烯吡咯烷酮(PVP);蒙脱土(MMT);纳米复合材料;二次插层
[中图分类号]TS10118[文献标识码]A[文章编号]100321308(2004)0420009205

1引言
纳米复合材料的概念最早是由RustunRoy于1984年提出的[1],它是指分散相尺寸至少在一维
方向上小于100nm的复合材料。由于纳米分散相具有较大的表面积和强的界面相互作用,因而纳
米复合材料在力学性能和结晶性能等方面,表现出不同于一般宏观复合材料的性能。纳米复合材
料的性能与其制备方法密切相关[2],用常规方法制备的聚合物纳米复合材料,由于存在纳米粉自身
的团聚,使其难以在高粘度聚合物基体中均匀分散,以及无机分散相与有机聚合物基体间的界面结
合弱的缺点,因而抑制其性能提高。而插层复合方法是制备高性能复合材料的有效手段之一,它是
将高分子插层到具有层状结构的填料中,如蒙脱土、云母、蛭石等硅酸盐[3]。蒙脱土(MMT)是由1
nm厚的硅酸盐片层中间、吸附有可交换的K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cs+等离子组成,片层之间的距离
一般在0.96～2.10nm之间变化[4]。高分子插层进入其中的硅酸盐片层之间,可使片层之间距离扩
大,进而导致其层板剥离,造成高分子与蒙脱土能够在纳米量级上进行复合,从而使材料的力学性
能、热学性能较一般的微米复合材料更为优异[5～6]。
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)具有优良的热性能和机械性能,可以应用于合成纤维、薄膜和工
程塑料等领域。但是若将PET作为工程塑料使用时,其缺点是抗冲击性能差,结晶速率慢,使其加
工困难,因而限制了其作为工程塑料的广泛应用[7]。因此,提高其抗冲击性能和结晶速率具有非
常重要的意义。虽然采用醇胺离子对蒙脱土进行一次插层,再用所得有机土进行聚合,制备出的
复合材料的力学性能与结晶速率都有所提高,但实验中发现,聚合物中的蒙脱土并没有完全剥离,
有机土的分散也并不均匀,这就抑制了复合材料的力学与热学性能的提高。
本文在醇胺离子对蒙脱土进行一次插层的基础上,通过采用极性聚合物聚乙烯吡咯烷酮

[收稿日期]2004209227;[修订日期]2004211203
102004年第4期

(PVP)进行二次插层[8],使蒙脱土的层间距进一步增大。将两次处理后的蒙脱土添加到聚酯中,制
备了纳米复合材料,并对其进行了结构与性能的研究,希望能为其进一步的应用提供一定的理论和
实验依据。

2实验部分
2.1主要原料
钠基蒙脱土,工业级,河北张家口粘土厂,阳离子交换容量为90mmol/100g土,粒度<2μm;对
苯二甲酸二甲酯,工业级,天津石化厂生产;乙二醇,工业级,北京燕山石化厂生产;聚乙烯吡咯烷
酮,粉状固体,北京化工原料公司提供。
2.2样品的制备
2.2.1有机化蒙脱土的制备
称取一定量的蒙脱土,用去离子水配制5%的溶液,再称取适量的醇胺离子和质子化剂,分
别滴加到搅拌状态下的蒙脱土溶液中;搅拌4～5h后,将该溶液(一次插层溶液)抽滤,滤饼真空干
燥,并研磨成粉末,得到的样品为一次插层的有机蒙脱土。用去离子水配制5%的PVP溶液,滴加
到上述没有抽滤的一次插层溶液中;搅拌4～5h后抽滤,滤饼真空干燥,并研磨成粉末,得到的样
品为二次插层的有机蒙脱土。
2.2.2PET/蒙脱土纳米复合材料的制备
按一定摩尔比将对苯二甲酸二甲酯和乙二醇加入到聚合反应釜中,在酯化催化剂作用下于
165～200℃进行酯交换反应,反应完全后,加入催化剂三氧化二锑在200～280℃进行缩聚反应,并
在缩聚前期阶段加入经处理的有机土,在中期220～250℃抽低真空,以除去过量的乙二醇,后期
250～280℃抽高真空。反应结束出料、造粒。
2.3样品表征
2.3.1X2射线衍射(XRD)为了测量插层前后蒙脱土的层间距变化以及复合材料中蒙脱土的分
散情况,用日本理光D/max2RA型衍射仪连续扫描,测试条件:Cu靶辐射(λ=11540598!)管电压40
kV,管电流60mA,扫描速度为2°/min。
2.3.2差示扫描量热仪(DSC)为了观