纳米高岭土的制备及其在PVC中的应用

聚氯乙烯是最早实现工业化的塑料品种之一,但其韧性差,因此需要对PVC进行增强、增韧改性,以期得到高性能的PVC复合材料。高岭土作为一种无机填料,以资源丰富、价格便宜等优势广泛应用于聚合物的填充改性。本文采用插层-膨胀-爆炸法成功制得纳米高岭土。先将醋酸钾小分子插入高岭土层间,使高岭土层间距膨胀扩大,再在400℃下醋酸钾高温分解为CO2和水蒸气,以气体爆炸的形式实现片层剥离制得纳米高岭土。讨论了醋酸钾用量、插层时间、水用量对插层率的影响,优化出插层方案:醋酸钾与高岭土质量比为1:1、插层时间为24小时、水用量为10%时,插层率高达90%。通过XRD、FTIR、粒度分析、扫描电镜等表征了高岭土-醋酸钾复合物和纳米高岭土的微观结构、粒度分布和形貌特征。用偶联剂对纳米高岭土进行改性,表观现象观察、萃取实验、FTIR及改性前后吸油值的变化表明,偶联剂与高岭土表面发生了化学键接,偶联剂不仅改变了高岭土表面性能,也改变了颗粒内和颗粒间的空隙。根据配方将改性后的高岭土、PVC、其它助剂均匀混合,在开放式炼胶机上实现了PVC与高岭土的共混填充,制备了PVC/高岭土复合材料,并对复合材料的力学性能进行了测试。讨论了高岭土用量、偶联剂用量及种类、稳定剂用量和增塑剂用量对体系力学性能的影响。通过实验优化出最佳配方:高岭土含量8%、偶联剂用量2.0%、稳定剂用量2.0%、增塑剂用量10%。此时材料的拉伸强度达54 MPa,断裂伸长率为120%,无缺口冲击强度为43 kJ/m2。热重分析证明复合材料的热稳定性远优于PVC材料:材料起始失重温度由120℃提高到150℃。SEM表明复合材料断面的断裂形式发生了质的转变:由脆性断裂转变成韧性断裂。改性后的高岭土起到了增强、增韧的双重作用,达到了预期效果。