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 納米復合材料的表征方法 nX-射線衍射法射線衍射法：測定層狀化合物或層狀硅酸鹽材料的層間 距 n激光光散射方法激光光散射方法：測定超細顆粒的（或納米粒子）的分布 曲線 nTEM方法方法 nAFM方法方法（Atomic Force Microstropy) nSEM與圖像分析儀與圖像分析儀 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 利用X射線衍射測量蒙脫土層間距的原理圖 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/無機納米復合材料的應用 聚酰胺/層狀硅酸鹽納米復合材料 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 有機粘土層間距與-氨基酸碳鏈長度的關系 1：-氨基酸插層粘土 2：-己內酰胺插層有機粘土（25） 3：-己內酰胺插層有機粘土（100） 有機粘土的制備 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 原位聚合制備PA6/粘土納米復合材料 -己內酰胺水解聚合反應示意圖 圖中Pn表示生成的聚合物分子鏈的聚合度 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 合成粘土及PA6/粘土納米復合材料的X射線衍射圖譜 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 PA6/粘土納米復合材料的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與PA6/合成粘土的WAXD譜線 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 普通PA6與PA6/合成粘土的DSC曲線 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 普通PA6與n-PA6（4%）的流變曲線 聚合物共

8、混改性原理聚合物共混改性原理 普通PA6與n-PA6的性能對比 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時復合材料的彎曲模量對比 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 PA6與n-PA6材料薄膜對水、氧氣的阻隔性能比較（1atm=101325Pa） 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 應用 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 熔融插層制備PA6/層狀硅酸鹽納米復合材料 無機粘土 插層劑 有機粘土 PA6樹脂 螺桿擠出 PLS納米復合材料 聚合物熔體插層制備PA6/粘土納米復合材料的流程圖 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 PA6及其納米復合材料的X射線衍射譜線 1：

9、PA6； 2：PA6/粘土納米復合材料 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 PA6及其納米復合材料的DSC升溫曲線PA6/粘土納米復合材料的DSC降溫曲線 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 蒙脫土填充量對PA6結晶度與過冷度的影響 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 蒙脫土的含量對n-PA6材料楊氏模量的影響 蒙脫土的含量對n-PA6材料彎曲性能的影響 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 蒙脫土的含量對n-PA6材料沖擊性能的影響蒙脫土的含量對n-PA6材料熱變形溫度的影響 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 熔體插層熔體插層PP納米復合材料納米復合材料 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 高分子納米復合材料的研究和應用是始自上世紀80年代，日本豐田中央研 究院在此方面作出了開拓性的貢獻。最早用于豐田車內部件的尼龍6納米復 合材料，但是由于價格的原因很快被放棄了。 通用汽車公司在其2002年的兩款新車GMC Safari和Chevrolet Astro 上采 用了一種全新的材料聚丙烯/膨潤土納米復合材料制備的腳踏板（step- assist），這項技術創(chuàng)新獲得了國際塑料工程師協(xié)會的大獎，對整個高分子 納米復合材料的發(fā)展有里程碑的意義。它標志著經(jīng)過十幾年的研究與開發(fā)， 高分子納米復合材料開始進入大規(guī)模商業(yè)化應用的階段。 2001年在加拿大舉行的Polymer Nanocomposites會議預測，到2020年 Polymer Nanocomposites的規(guī)模將達到年產(chǎn)量3000萬噸、價值650億美元， 而高分子/層狀硅酸鹽納米復合材料將占據(jù)主要的市場份額。 聚合物納米復合材料的應用 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 部分高分子納米復合材料的提供廠商 聚合物共混改性原理聚合物共混改性原理 主要應用領域 n汽車汽