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聚甲基丙烯酸甲酯/煤系高岭土纳米复合材料的制备及性能研究

作　者: 王建超
导　师: 崔秀兰
学　校: 内蒙古工业大学
专　业: 应用化学
关键词: 煤系高岭土 插层 聚甲基丙烯酸甲酯 纳米复合材料
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


近年来,聚合物/层状硅酸盐插层纳米复合材料得到人们的广泛关注,硅酸盐片层以纳米尺寸分散在聚合物基体中,使高分子材料的各项性能得到显著提高,对聚合物的改性研究起了很大作用。高岭土作为一种天然的层状纳米材料,由于资源丰富,成本低廉,有着广泛的应用前景。内蒙古自治区蕴藏着丰富煤系高岭土,由于开发利用率低,造成严重的浪费和环境污染。本文采用煤系高岭土利用插层原理制备了聚甲基丙烯酸甲酯/煤系高岭土纳米复合材料,对聚甲基丙烯酸甲酯进行改性研究,改善了聚甲基丙烯酸甲酯的一些性能,同时拓展了内蒙古煤系高岭土的利用范围。采用煤系高岭土为原料,利用机械搅拌液相插层和超声波液相插层两种方法制备出二甲亚砜插层煤系高岭土,考察了不同因素对煤系高岭土插层率的影响。通过XRD及FT-IR等手段测试表明:二甲亚砜插层剂成功插层进入煤系高岭土层间,机械搅拌液相插层使煤系高岭土的层间距扩大到1.08nm,插层率为83%,超声波液相插层的插层率只有38.7%;以醋酸钾为插层剂,采用干法研磨制备了醋酸钾插层煤系高岭土,层间距扩大到1.36nm,插层率为79.6%。以不同插层剂制备出的插层煤系高岭土和甲基丙烯酸甲酯为原料,采用本体聚合法制得聚甲基丙烯酸甲酯/煤系高岭土纳米复合材料,对复合材料的拉伸性能、表面硬度、耐吸水性、耐热性等性能进行测试,并利用X射线衍射和扫描电镜对复合材料的结构进行表征。研究表明:随着插层煤系高岭土的加入,复合材料的拉伸性能下降。当插层煤系高岭土含量在3%~5%时,复合材料的表面硬度由HB(纯聚甲基丙烯酸甲酯)提高到2H。当二甲亚砜插层煤系高岭土含量为5%时,复合材料的吸水率降到0.46%,比纯聚甲基丙烯酸甲酯降低了38%。而醋酸钾插层煤系高岭土含量为3%时,所得复合材料的吸水率最低,为0.52%,比纯聚甲基丙烯酸甲酯降低了30%。醋酸钾插层煤系高龄土制备的复合材料耐热性提高明显,玻璃化转变温度比纯聚甲基丙烯酸甲酯提高了18℃。运用XRD和SEM等手段进行表征得知:当煤系高岭土含量为10%时,二甲亚砜插层煤系高岭土在复合材料中只有部分发生剥离,以醋酸钾为插层剂制备的复合材料中煤系高岭土的剥离效果较好。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章 文献综述  9-23
  1.1 纳米复合材料  9-12
    1.1.1 纳米复合材料分类  9-10
    1.1.2 纳米复合材料的制备方法  10-12
  1.2 聚合物/粘土纳米复合材料  12-14
  1.3 高岭土的插层处理  14-18
    1.3.1 高岭土的结构及特点  14-15
    1.3.2 高岭土插层的影响因素  15-16
    1.3.3 高岭土插层复合物的研究进展  16-18
  1.4 聚甲基丙烯酸甲酯的改性研究  18-21
    1.4.1 聚甲基丙烯酸甲酯简介  18
    1.4.2 聚甲基丙烯酸甲酯的改性  18
    1.4.3 聚甲基丙烯酸甲酯/层状硅酸盐复合材料的研究现状  18-21
  1.5 本文的研究内容及意义  21-23
    1.5.1 本文研究内容  21
    1.5.2 本文研究目的和意义  21-23
第二章 煤系高岭土的插层处理  23-39
  2.1 实验部分  24-26
    2.1.1 实验试剂  24
    2.1.2 实验仪器  24
    2.1.3 煤系高岭土煅烧处理  24-25
    2.1.4 煤系高岭土二甲亚砜插层处理  25
    2.1.5 煤系高岭土醋酸钾干法插层处理  25
    2.1.6 X 射线衍射（XRD）分析  25
    2.1.7 红外光谱（IR）测试  25-26
    2.1.8 插层效果分析  26
  2.2 结果与讨论  26-38
    2.2.1 煤系高岭土原土分析  26-27
    2.2.2 煅烧对煤系高岭土插层的影响  27-28
    2.2.3 机械搅拌二甲亚砜液相插层煤系高岭土效果的影响因素  28-32
    2.2.4 超声场中二甲亚砜液相插层煤系高岭土效果的影响因素  32-34
    2.2.5 煤系高岭土/二甲亚砜插层复合物的表征  34-36
    2.2.6 煤系高岭土/醋酸钾插层复合物的表征  36-37
    2.2.7 不同插层方式插层效果比较  37-38
  2.3 本章小结  38-39
第三章 聚甲基丙烯酸甲酯/煤系高岭土纳米复合材料的制备及性能测试  39-53
  3.1 实验部分  39-43
    3.1.1 实验药品  39-40
    3.1.2 实验仪器  40
    3.1.3 聚甲基丙烯酸甲酯/煤系高岭土纳米复合材料的制备  40-41
    3.1.4 复合材料的性能测试  41-43
  3.2 结果与讨论  43-51
    3.2.1 PMMA/二甲亚砜插层煤系高岭土复合材料的制备条件  43-46
    3.2.2 复合材料的拉伸性能  46-47
    3.2.3 复合材料的硬度测试  47-48
    3.2.4 复合材料的耐水性  48-49
    3.2.5 复合材料的热性能  49-51
    3.2.6 复合材料的分子量  51
  3.3 本章小结  51-53
第四章 复合材料的XRD 和SEM 测试分析  53-57
  4.1 实验部分  53-54
    4.1.1 实验试剂  53
    4.1.2 实验仪器  53
    4.1.3 复合材料的X 射线衍射（XRD）测试  53
    4.1.4 扫描电镜分析  53-54
  4.2 实验结果与讨论  54-56
    4.2.1 X 射线衍射分析讨论  54-55
    4.2.2 扫描电镜分析与讨论  55-56
  4.3 本章小结  56-57
第五章 结论与建议  57-59
  5.1 结论  57-58
  5.2 建议  58-59
参考文献  59-66
致谢  66-67
作者简介  67

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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