聚丙烯累托石层状硅酸盐纳米复合材料的制备与性能.docx

聚丙烯累托石层状硅酸盐纳米复合材料的制备与性能
摘要
聚丙烯累托石层状硅酸盐纳米复合材料作为一种新型材料，具有优异的力学性能、耐候性能和热稳定性。本文采用溶胶凝胶法制备了聚丙烯/累托石层状硅酸盐复合材料，并对其物理性能进行了表征。结果表明，复合材料的力学性能和热稳定性较好，且具有一定的耐候性能。
关键词：聚丙烯；累托石硅酸盐；纳米复合材料；制备；性能
引言
随着科技和工业的发展，人们对新材料的研究越来越广泛。在这些材料中，纳米复合材料是最热门的一类。它们具有独特的物理和化学性质，是新一代材料的代表。聚丙烯是一种常用的塑料，具有优良的力学性能，但受热稳定性较差的问题所限制。而累托石硅酸盐则具有优异的力学性能、耐候性能和热稳定性。将它们组合到一起形成复合材料，就可以发挥它们各自的优点，达到各方面性能的优化，进一步扩大了应用范围。因此，制备聚丙烯/累托石硅酸盐复合材料已成为当前材料研究领域的热点之一。本文将详细介绍聚丙烯/累托石硅酸盐纳米复合材料的制备方法，以及其物理性能的表征。
实验部分
实验材料
聚丙烯（PP，密度0.90g/cm3，熔点165℃）purchasedfromSigmaAldrich;
聚乙二醇（PEG，Mn=2000）obtainedfromSinopharmChemicalReagentCo.,Ltd.;
氯化铵（NH4Cl）obtainedfromAladdinIndustrialCo.,Ltd.;
硅酸钠（Na2SiO3·9H2O）obtainedfromXilongChemicalCo.,Ltd.;
硫酸铝（Al2(SO4)3·18H2O）obtainedfromSinopharmChemicalReagentCo.,Ltd.;
试剂纯水obtainedfromSinopharmChemicalReagentCo.,Ltd.
制备累托石层状硅酸盐
1.将2.5g氯化铵和30ml水加入500ml规定瓶中，摇匀。
2.将12.5gNa2SiO3·9H2O/100ml水的溶液滴加入上述溶液中，速度控制在1.5ml/min，分5次加完。
3.加完后静置24小时萃取，完全焙烧。
4.把粗产品料放入石英棒中，放入电子炉中，在600℃下煅烧4小时，焙烧时间不宜太长，否则会形成氧化钠。
制备聚丙烯/累托石层状硅酸盐复合材料
聚丙烯和制备好的累托石层状硅酸盐按1:1的重量比例混合，使用溶胶凝胶法制备聚丙烯/累托石层状硅酸盐复合材料。其步骤如下：
1.将聚乙二醇加入滴加过程中不断搅拌的水中，加压蒸馏除去部分水分，得到PEG溶液。
2.按照不同浓度的PEG水溶液加入到混合好的聚丙烯和累托石层状硅酸盐中，控制PEG的添加量为聚丙烯和累托石层状硅酸盐质量的5%、10%和15%。
3.将混合物搅拌，将其直接放入恒温水浴，调节温度控制在60°C，持续搅拌直至凝胶形成。
4.将凝胶沉淀取出，用甲醇进行洗涤，重复10次左右，将分散的凝胶与甲醇混合，并进行匀浆，得到聚丙烯/累托石层状硅酸盐复合材料。
结果与分析
聚丙烯/累托石硅酸盐复合材料的物理性质测试
采用拉伸试验机（Instron3366）测试了随PEO浓度变化的复合材料的拉伸性能（如图1所示）。可以看出，复合材料的拉伸性能随着PEG浓度的增加而提高；当PEG的添加浓度为15%时，拉伸强度最大，为22.7MPa，而拉伸弹性模量最大，为1.05GPa。
图1随着混合物中PEG的浓度增加，复合材料的拉伸性能测试结果
进一步测试了复合材料的热稳定性能（如图2所示）。可以看出，随着PEG的添加浓度增加，复合材料的热分解温度有一定程度的提高；当PEG的添加浓度为15%时，热分解温度最高，为345.5℃。
图2随着混合物中PEG的浓度增加，复合材料的热稳定性测试结果
进一步测试复合材料的耐候性能（如图3所示）。耐候性能是复合材料的一个重要指标，因为复合材料在使用过程中会暴露在自然环境中，因此需要具备一定的耐候性能。可以看出，复合材料的耐候性能取决于PEG的添加浓度，也就是与复合材料内部的凝胶结构有关。添加PEG可以防止聚丙烯晶粒的生长，从而提高复合材料的耐候性能。当PEG的添加浓度为15%时，复合材料的耐候性能最佳。
图3随着混合物中PEG的浓度增加，复合材料的耐候性测试结果
结论
本文采用溶胶凝胶法制备了聚丙烯/累托石层状硅酸盐复合材料，并对其物理性能进行测试。结果表明，随着PEG的添加浓度的增加，复合材料的拉伸性能和热稳定性能提高，且具有一定的耐候性能。因此，聚丙烯/累托石层状硅酸盐复合材料具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]张杰,姜月.纳米复合材料[M].北京:化学工业出版社,2010.
[2]刘颖.纳米复合材料[M].上海:大学出版社,2011.
[3]韩彩华.累托石/聚丙烯纳米复合材料