[00123937]新型绿色环保PVC纳米复合材料的设计、合成及力学性能研究

本课题依据PVC/MMT纳米复合材料增韧机理的最新研究成果,设计、合成新型绿色环保PVC纳米复合材料。研究了有机化改性剂-N-十六烷基马来酰胺酸镧（Ⅲ）配合物的合成方法与技术;并以此配合物作为层状硅酸盐的有机改性剂,对钠基蒙脱土进行改性,再通过聚氯乙烯的熔融插层,制备纳米形态、结构和性能可控的 PVC/N-十六烷基马来酰胺酸镧基蒙脱土纳米复合材料。 我国聚氯乙烯（PVC）产能、产量世界第一。然而PVC由于自身存在一些缺点,如韧性差,冲击强度低,热不稳定等,极大的限制了此类材料的应用领域。将无机材料以纳米级形态均匀地分散于PVC基体中制成纳米复合材料,可以显著提高PVC的机械性能、阻隔性能和热性能等。本课题依据PVC/MMT纳米复合材料增韧机理的最新研究成果,设计、合成PVC纳米复合材料。研究了有机化改性剂-N-十六烷基马来酰胺酸镧（Ⅲ）配合物的合成方法与技术;并以此配合物作为层状硅酸盐的有机改性剂,对钠基蒙脱土进行改性,再通过聚氯乙烯的熔融插层,制备纳米形态、结构和性能可控的 PVC/N-十六烷基马来酰胺酸镧基蒙脱土纳米复合材料。系统研究纳米复合材料的力学性能及热稳定性能,通过傅里叶红外光谱（FTIR）、X-射线衍射（XRD）、刚果红实验、热重分析（TGA）等表征其结构与热性能;通过扫描电镜（SEM）观察树脂表观形貌;研究改性后的蒙脱土对 PVC 材料抗冲强度的影响。优化设计配方体系,提高性价比,实现高效、绿色目标,是高分子材料科学、稀土配位化学与纳米材料科学的交叉研究领域,对PVC高性能化及稀土功能配合物的发展具有重要意义。 2010年全世界的塑料产量高达3亿吨,2015年我国PVC产能为2389万吨/年。塑料制品因质轻、综合性能好、易加工成型,与人们的生活息息相关,备受人们的青睐。然而,PVC由于自身存在一些缺点[1],如韧性差,冲击强度低,热不稳定等,从而极大的限制了塑料制品的应用范围。聚合物/层状硅酸盐复合材料对比原始聚合物本身和传统的复合材料改性具有独特的性能增强特点。此外,更为重要的是,此类复合材料中只加入较少量的层状硅酸盐,一般在百分之几以下,而且与常规复合材料加入的比例相比,具有明显的密度优势。因此,自从聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料被报道后,有关聚氯乙烯/层状硅酸盐纳米复合材料也一直是研究热点。 从环境保护和人类健康的角度看,聚氯乙烯纳米复合材料的发展方向应该为无毒化和高效复合化。本项目以设计、合成新型绿色环保PVC纳米复合材料为研究重点。 稀土稳定剂因其具有无毒、高效、多功能、价格适宜等优点,而被人们所重视。稀土镧有机盐类已被证明是一种良好的 PVC 热稳定剂,其可以捕捉脱出的氯化氢。本项目设计、合成出新型绿色环保稀土热稳定剂（有机化改性剂）--利用镧离子结合有机酸改性蒙脱土,在扩大蒙脱土层间距的同时改善其与 PVC 的热稳定性。 当前纳米复合材料的年均增长率超过30%,年产值增长较快的纳米复合材料品种有PP、PA、PET和PVC纳米复合材料,纳米复合材料市场潜力巨大。近几年来我国每年城乡工业和民用建筑的建造量平均约12亿平方米,需要门窗3亿平方米,年需塑钢门窗约3000万平万米,年需要硬PVC异型材约30万吨,纳米材料在建材中具有十分广阔的市场应用前景和巨大的经济、社会效益。西安新越建材有限公司是PVC护栏、PVC百叶、PVC栏杆、PVC空调架等产品专业生产加工的公司,前期西安科技大学化学与化工学院高分子研究所已经与该企业合作多次,均取得了不错的成绩。当前该企业希望开发出一款与普通建筑用PVC-U管对比,具有优良的综合力学性能,尤其是在低温条件下具有良好的耐冲击性能,并且工程造价较低的PVC纳米复合材料。本项目以钠基蒙脱土为主要原料,采用自主研发的绿色、环保稀土有机插层剂进行改性,研制性能优良的有机蒙脱土;以PVC为主要原料,应用插层技术,将聚合物PVC熔融插入有机蒙脱土层间,实现层状硅酸盐纳米级地分散在高聚物相中,研制成刚性、热稳定性及韧性等综合性能优良的PVC/N-十六烷基马来酰胺酸镧基蒙脱土纳米复合材料,并通过工艺技术系统集成实现产业化。该项目将提升我国PVC材料产业形象,拓展欧美市场,具有重大战略意义,应用前景广阔。