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聚乙烯/尼龙积层阻隔性材料制备工艺及性能研究

作　者: 蒋涛
导　师: 范志强；程时远
学　校: 浙江大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 高密度聚乙烯尼龙6积层材料阻隔蒙脱土
分类号: TQ320.6
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

论文采用层状共混吹塑工艺制备了高密度聚乙烯(HDPE)/尼龙6(PA6)高阻隔性塑料瓶,在重点研究高阻隔性积层材料制备工艺的基础上,考察了阻隔性能与工艺、相态以及高密度聚乙烯/尼龙6共混物相容性之间的关系,同时系统的研究了尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的阻隔机理,探讨了高密度聚乙烯/尼龙54以及高密度聚乙烯/尼龙54/蒙脱土(MMT)积层材料的阻隔性能。采用动态力学测试(DMTA)结合原子力显微分析(AFM),比较了两种增容剂Zn-n-EAA(CPa)和EAA(CPb)的增容效果,通过测定高密度聚乙烯/改性尼龙(HDPE/MPA)共混物中两相的玻璃化转变温度的变化,观察共混物的两相界面,证明CPa的增容效果优于CPb。将增容剂和尼龙在双螺杆挤出机中反应挤出,研究螺杆转速以及原料配比对改性尼龙阻隔性和熔体粘度的影响。结果表明,当螺杆转速为300rpm、增容剂含量为15phr时,改性尼龙具有最高的熔体粘度和最高的阻隔性能,其抗乙醇渗透性能比纯尼龙提高4.5倍。系统研究了中空成型工艺以及原料配比对形态结构和容器阻隔性能的影响,确定了最佳工艺和配方。结果表明,HDPE/MPA瓶阻隔性明显好于纯HDPE瓶,且随着CPa改性尼龙(MPAa)中CPa含量的增加,HDPE/MPAa瓶的阻隔性也相应提高,逐渐达到一最佳值。在最佳条件下制备的中空瓶对甲苯的阻渗性能比纯聚乙烯瓶提高300多倍,对比HDPE/MPAa和HDPE/MPAb系列中空瓶阻隔性能,发现HDPE/MPAa瓶普遍好于HDPE/MPAb瓶。随后通过SEM观察中空瓶瓶壁断面,发现在HDPE/MPAa内部形成了较连续而清晰的层状结构,而HDPE/MPAb内部则是很短的取向片段。为了更进一步改善尼龙阻隔层的阻隔性,探索了尼龙/蒙脱土共混物的制备工艺和阻隔机理。研究发现,蒙脱土的添加量对材料的阻隔性有显著影响。当蒙脱土含量为0.1%时,阻隔性能达到最大值,在合适的工艺条件下,共混物对甲苯和乙醇的阻隔性能比纯尼龙分别提高了3倍和4倍。随后的研究表明,尼龙的结品性能对小分子在其内部的吸收和扩散都有较大的影响。XRD、AFM、DSC和PLM研究证明,蒙脱土的加入,使尼龙6结晶度提高,球品尺寸明显减小,另一方面,蒙脱土的加入,能促使尼龙形成γ品型。由于γ晶型的晶面间距小于

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摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一部分文献综述  12-42
  第一章气体或溶剂蒸气对高分子材料的渗透  12-24
    1.1 气体或溶剂蒸气渗透分子特性对渗透性的影响  13-15
    1.2 高分子材料特性对渗透性的影响  15-21
    1.3 添加剂对渗透性的影响  21-24
  第二章阻隔性聚乙烯容器的制备  24-34
    2.1 磺化和氟化技术  24-25
    2.2 多层共挤工艺  25-27
    2.3 积层共混工艺  27-34
  第三章其他相关研究进展  34-42
    3.1 增容技术研究进展  34-38
    3.2 纳米技术在阻隔材料中的应用  38-42
第二部分课题的提出  42-44
第三部分聚乙烯／尼龙6积层材料的制备及性能研究  44-70
  第一章实验方法与步骤  45-49
  第二章尼龙6与增容剂的熔融接枝反应  49-55
    2.1 PA6与CP的反应物的FTIR分析  49-50
    2.2 PA6与CP的反应物的DMTA分析  50-51
    2.3 PA6与CP在Haake中的反应曲线分析  51-54
    小结  54-55
  第三章 CP对PA／HDPE共混体系增容作用的探讨  55-58
    3.1 共混物的动态力学热分析  55-57
    3.2 共混物的相态分析(原子力显微镜)  57
    小结  57-58
  第四章 HDPE／MPA高阻隔性积层材料阻隔性能的影响因素分析  58-70
    4.1 不同溶剂对材料的渗透性能  58-59
    4.2 MPA阻隔对积层材料阻隔性能的影响  59-63
    4.3 HDPE／MPA相容性对阻隔性能的影响  63-64
    4.4 中空成型工艺对阻隔性能的影响  64-66
    4.5 HDPE／MPA高阻隔性积层材料断面相态分析  66-69
    小结  69-70
第四部分尼龙6／蒙脱土复合物的制备及其阻隔性研究  70-103
  第一章实验方法与步骤  71-76
  第二章有机蒙脱土的表征  76-80
    2.1 蒙脱土的XRD分析  76-78
    2.2 蒙脱土的FTIR分析  78
    小结  78-80
  第三章蒙脱土在尼龙6／蒙脱土纳米复合材料中的剥离状态的分析  80-84
    3.1 XRD分析  80-81
    3.2 AFM分析  81-82
    3.3 FTIR分析  82-83
    小结  83-84
  第四章尼龙6／蒙脱土纳米复合材料的结晶性能的分析  84-93
    4.1 纳米复合材料中尼龙6的结品类型的分析  84-86
    4.2 尼龙6／蒙脱土纳米复合材料中尼龙6的结晶度的分析  86-88
    4.3 纳米复合材料中尼龙6的晶粒大小分析  88-89
    4.4 尼龙6／蒙脱土纳米复合材料的非等温结品  89-91
    4.5 蒙脱土在纳米复合材料中成核能力的研究  91-92
    小结  92-93
  第五章尼龙6／蒙脱土纳米复合材料对极性溶剂和非极性溶剂的阻隔性能的分析  93-98
    5.1 实验条件对尼龙6／蒙脱土纳米复合材料的阻隔性能的影响  93-95
    5.2 尼龙6／蒙脱土纳米复合材料对不同溶剂的阻隔性能研究  95-97
    小结  97-98
  第六章尼龙6／蒙脱土纳米复合材料的其它性能的分析  98-103
    6.1 尼龙6／蒙脱土纳米复合材料的透光性能的分析  98-99
    6.2 尼龙6／蒙脱土纳米复合材料的拉伸性能的分析  99-100
    6.3 尼龙6／蒙脱土纳米复合材料的流变性能的分析  100-101
    小结  101-103
第五部分高密度聚乙烯／尼龙54积层材料初步探讨  103-115
  第一章实验方法与步骤  103-106
  第二章高密度聚乙烯／尼龙54阻隔性及相态分析  106-111
    2.1 改性尼龙制备工艺对阻隔性能的影响  106-108
    2.2 中空成型工艺对阻隔性能的影响  108
    2.3 HDPE／MPA54高阻隔性积层材料断面相态分析  108-110
    小结  110-111
  第三章有机蒙脱土对积层材料阻隔性的影响  111-115
    3.1 尼龙54／蒙脱土的x射线衍射分析  111
    3.2 蒙脱土含量对尼龙54阻隔性的影响  111-112
    3.3 增容剂对尼龙／蒙脱土复合物阻隔性的影响  112-113
    3.4 改性尼龙／蒙脱土／高密度聚乙烯中空容器的阻隔性  113-114
    小结  114-115
全文结论  115-116
发表论文目录  116-117
致谢  117

聚乙烯/尼龙积层阻隔性材料制备工艺及性能研究

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