聚合物共混改性原理

1、College of Polymer Science (b) smectite, MMT, and mica clay modified with C16 phosphonium salt 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 Bright field TEM images of melt compounded nanocomposites containing,3 wt% MMT based on (a) HMW, (b) MMW, and (c)LMW N6 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 Schematic illustration of OMLS dispersion proce

2、ss in PP-g-MA matrix 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 Three cases involving the interplay during melt processing Process condition H.R. Dennis et al. / Polymer 42 (2001) 95139522 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 Illustrates schematically how platelets peel apart under the action of shear H.R. Dennis et al. / Polymer 42 (2001)

3、95139522 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 The key of the formation of nanocomposites is: there are enough interaction between polymer and layer silicates so that the intercalation and exfoliation can occur 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 X-ray diffraction scans for (a)nylon 6; (b)nylon 6/untreated mont. (c) Nylon 6/treated mo

4、nt. (10wt% mont.) Crystallization behavior 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 Steady shear viscosity as a function of shear rate for a series of hybrids of PDMS/MMT Rheology behavior delaminatedintercalated 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 Temperature dependence of G; G and tan d for N6 matrix and various N6CN

5、s. 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 P.J. Yoon et al. / Polymer 43 (2002) 67276741 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 纳米复合材料的表征方法 nX-射线衍射法射线衍射法：测定层状化合物或层状硅酸盐材料的层间 距 n激光光散射方法激光光散射方法：测定超细颗粒的（或纳米粒子）的分布 曲线 nTEM方法方法 nAFM方法方法（Atomic Force Microstropy) nSEM与图像分析仪与图像分析仪 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 利用X射线衍射测量蒙脱土层间距的原理图 Bragg方程： =2dsin 聚合物共混改性原理聚合物共

6、混改性原理 聚合物/无机纳米复合材料的应用 聚酰胺/层状硅酸盐纳米复合材料 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 有机粘土层间距与-氨基酸碳链长度的关系 1：-氨基酸插层粘土 2：-己内酰胺插层有机粘土（25） 3：-己内酰胺插层有机粘土（100） 有机粘土的制备 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 Alkyl chain aggregation in layered silicates: (a) lateral monolayer; (b) lateral bilayer; (c) paraffin-type monolayer and (d) paraffin-type bilayer

7、聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 原位聚合制备PA6/粘土纳米复合材料 -己内酰胺水解聚合反应示意图 图中Pn表示生成的聚合物分子链的聚合度 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 合成粘土及PA6/粘土纳米复合材料的X射线衍射图谱 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 PA6/粘土纳米复合材料的TEM照片 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 普通PA6与PA6/合成粘土的WAXD谱线 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 普通PA6与PA6/合成粘土的DSC曲线 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 普通PA6与n-PA6（4%）的流变曲线 聚合物共

8、混改性原理聚合物共混改性原理 普通PA6与n-PA6的性能对比 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 不同填充材料填充PA6时复合材料的弯曲模量对比 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 PA6与n-PA6材料薄膜对水、氧气的阻隔性能比较（1atm=101325Pa） 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 应用 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 熔融插层制备PA6/层状硅酸盐纳米复合材料 无机粘土 插层剂 有机粘土 PA6树脂 螺杆挤出 PLS纳米复合材料 聚合物熔体插层制备PA6/粘土纳米复合材料的流程图 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 PA6及其纳米复合材料的X射线衍射谱线 1：

9、PA6； 2：PA6/粘土纳米复合材料 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 PA6及其纳米复合材料的DSC升温曲线PA6/粘土纳米复合材料的DSC降温曲线 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 蒙脱土填充量对PA6结晶度与过冷度的影响 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 蒙脱土的含量对n-PA6材料杨氏模量的影响 蒙脱土的含量对n-PA6材料弯曲性能的影响 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 蒙脱土的含量对n-PA6材料冲击性能的影响蒙脱土的含量对n-PA6材料热变形温度的影响 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 熔体插层熔体插层PP纳米复合材料纳米复合材料 聚合物共混改性原理聚合物共

10、混改性原理 TEM photograph of PP/MMT nanocomposite (5 wt% MMT content) 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 TEM photographs of PP/MMT traditional composites (a) PP-A (b) PP-B 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 SEM images of fractured surface at different mixing time 1min 3min 5min 8min 12min 20min 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 12345678 3.3nm 20min 1

11、2min 8min 5min 3min 1min intensity (a.u.) 2 (deg) The WAXD profiles changes with the increase of mixing time （PP : MI=8.0g/10min） 12345678910 MMT OMMT 1.47nm 1.90nm intensity (a.u.) 2 (deg) 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 shearshear Primary particles agglomerates crystallite （a）particles became smaller under she

12、ar Schematic of the formation of nanocomposite via melt intercalation （b）polymer chains dispersion (c) intercalation and exfoliation occur 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 Schematic of morphological development during blending t=0 t=1min t=5min t=20min or 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 (a) static (b) dynamic TEM photographs

13、of PP/MMT nanocomposites (MMT content: 5wt%) 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 Shear direction 2d-WAXD diagrams of pure PP and PP/MMT nanocomposites(5 wt% MMT) prepared at Tmelt =220,f=0.2 Hz (a-1) PP, static (a-2) PP, dynamic (b-1) PP-5, static (b-2) PP-5, dynamic 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 Halpin-Tsai continuum Equation

14、s 1 21 f matrix composite A E E 2 1 fr r AE E t s N N A A f f 111 1 t s N t s N t s N EE rr 111 11 111 1 t s N 111 1 1 t s NNN 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 The theoretical tensile modulus at different N together with experimental data in the PP/MMT nanocomposites 012345 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 Theoretical

15、 results for N=1 Theoretical results for N=2,s/t=2 Theoretical results for N=12,s/t=1/2 Experimental results Tensile modulus (GPa) MMT content (wt%) 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 stress-strain curves of PP/ MMT nanocomposites 0.10.20.30.40.50.6 20 25 30 35 40 PP PP-1 PP-3 PP-5 nom/MPa nom Engineering stress-st

16、rain curves 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 0.00.20.40.60.81.01.21.41.6 0 20 40 60 80 100 120 140 PP PP-1 PP-3 PP-5 t /MPa t true stress-strain curves stress-strain curves of PP/ MMT nanocomposites 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 2d-WAXD diagrams of PP/MMT nanocomposites (3wt% MMT content) measured for indicated strain durin

17、g stretching under load (a)t=0 (b) t=0.6 (c) t=1.2 0.00.20.40.60.81.01.21.41.6 0 20 40 60 80 100 120 140 t /MPa t 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 PP PP-1 PP-3 PLM micrographs of the different samples crystallization at 130 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 Different crystallite data of the samples from SAXS Sample dc(nm) L(nm)

18、 da(nm)Xc(%) PP3.414.511.123.4 PP-12.513.911.418.0 PP-32.513.611.118.4 PP-52.513.410.918.7 PP-A3.114.211.121.8 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 tp of the samples at different crystallization temperature 120122124126128130132134136 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 PP PP-1 PP-3 tp(min) crystallization temperature( ) 聚合物共混改性原理聚合

19、物共混改性原理 80100120140160180 PP-10 Tm=165.6 PP-5 Tm=166.4 PP-3 Tm=166.8 PP-1 Tm=164.5 PP Tm=166.1 endo temperature( ) 80100120140160 PP-10 PP-5 PP-3 PP-1 PP Tc=117.9 Tc=119.7 Tc=119.3 Tc=123.0 Tc=111.3 endo temperature ( ) The DSC thermograms of samples heating scan cooling scan 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 The

20、various crystallization parameters of the samples from DSC Sample Tc ()Tm ()Hc (J/g)Hf (J/g)Xc (%) PP111.3166.1-85.861.729.5 PP-1123.0164.5-84.856.527.3 PP-3119.3166.8-88.758.528.8 PP-5119.7166.4-85.965.533.0 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 Application of PP nanocomposites PP thin film for food package Engineeri

21、ng PP plastics for Auto bumper and safety helmet 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 Application of PET nSynthetic fibers nFilms nBottles nEngineering plastics PET nanocomposites 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 PET nanocomposites for beer packaging n1. Huge market of beer packaging nThere were 305 billion(305,000,000,000) beer c

22、ontainers all over the world in 2001. And the amounts are increasing stably every year . n It had reached nearly 20million ton beer in China in 2002 which will overrun the U.S.A and become the top one whose beer production arranged in the world. n Every developed country are studying plastic beer bo

23、ttle to occupy this huge market. 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 Sorts of beer bottle security transparency weighty price (bottle) Glass bottle No ( easy to explode ) transparent Heavy (670ml, bottle weight 540g) cheap Metallic tin Yesopaque Middle (250ml, bottle weight 35g) expensive Plastic bottle Yestranspare

24、nt Light (670ml, bottle weight 50g) well situated 2. Necessity of developing plastic beer bottle 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 3. Status of PET beer packaging bottle n Advantage of PET packaging: n lightweight (easy to transport) n unbreakable (hard to break up ) n transparent (you can see the inner object) n

25、nontoxic, odorless n cheap n The market of PET packaging material is booming up in recent year. 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 limits of PET for beer packaging: not enough oxygen-barrier capability (oxygen gas transmission rate of PET is about 2.1x10-5cm3.mm/cm2.hr.atm, as the beer bottle its ORT must lower tha

26、n 3.8x10-6cm3.mm/cm2.hr.atm ) low heat-resistant (Bas sterilization of beer at 80) PET packaging materials made of general PET resin can not to contain oxygen-sensitive products.But modified PET can be used in beer bottle, it is the most important to improve the oxygen-barrier capability. 聚合物共混改性原理聚

27、合物共混改性原理 Properties of PET layered silicate nanocomposites PropertyNanocompositesPET Tensile Modulus (GPa) Tensile Strength (MPa) Flexural modulus(GPa) Flexural strength(MPa) Heat Distortion Temp () Impact Strength (KJ/m2) 2.9 70.6 2.8 87.4 71 4.5 2.3 58.3 2.3 72.1 60 4.2 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 聚合物共混改性原

28、理聚合物共混改性原理 高分子纳米复合材料的研究和应用是始自上世纪80年代，日本丰田中央研 究院在此方面作出了开拓性的贡献。最早用于丰田车内部件的尼龙6纳米复 合材料，但是由于价格的原因很快被放弃了。 通用汽车公司在其2002年的两款新车GMC Safari和Chevrolet Astro 上采 用了一种全新的材料聚丙烯/膨润土纳米复合材料制备的脚踏板（step- assist），这项技术创新获得了国际塑料工程师协会的大奖，对整个高分子 纳米复合材料的发展有里程碑的意义。它标志着经过十几年的研究与开发， 高分子纳米复合材料开始进入大规模商业化应用的阶段。 2001年在加拿大举行的Polymer Nanocomposites会议预测，到2020年 Polymer Nanocomposites的规模将达到年产量3000万吨、价值650亿美元， 而高分子/层状硅酸盐纳米复合材料将占据主要的市场份额。 聚合物纳米复合材料的应用 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 部分高分子纳米复合材料的提供厂商 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 主要应用领域 n汽车汽