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凹凸棒石(ATT)是一种一维棒状硅酸盐矿物,表面极性强易团聚,在与聚合物加工过程中易破碎,这限制了它的应用。本文采用如下两种方法对ATT进行有机改性,提高ATT在聚合物中的相容性:1)硅烷偶联剂(KH570)改性ATT,并用聚烯烃弹性体(POE)包覆ATT制备母粒;2)机械共混过程中,甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)原位反应改性ATT。首先采用熔融共混法制备聚丙烯(PP)/ATT二元复合材料及PP/ATT/POE三元复合材料,考察了POE/ATT母粒协同增强聚丙烯(PP),系统地研究了复合材料的力学性能、流变性能和结晶性能。力学性能研究结果表明:在PP/ATT二元纳米复合材料中,未改性ATT与ATT-KH570均能提高PP的拉伸强度,但是在相同凹凸棒石含量下,PP/ATT-KH570复合材料的拉伸性能提高更明显;未改性ATT未能提高PP的冲击强度,而PP/ATT-KH570的冲击强度则随着ATT-KH570含量提高先增加后降低,并在ATT-KH570含量为1%时达到最大值。在PP/ATT-KH570/POE三元纳米复合材料中,当固定PP/ATT-KH570比例为100/5时,POE含量达到5%,复合材料冲击强度为8.91KJ/m~2,与未加POE体系相比提高了21.10%;当POE含量增加到15%时,复合材料冲击强度提高了44.80%,并且其拉伸强度基本得到保持,说明POE和ATT-KH570对PP具有明显的协同增韧增强效果。流变性能测试表明,在低的剪切速率下,ATT-KH570对复合材料的流动性能有较好的改善。DSC分析结果表明,POE和ATT-KH570均能有效地促进PP结晶,并且ATT-KH570/POE母粒对PP具有更有效的协同异相成核促进作用。论文进一步通过机械共混的方法TDI原位改性ATT,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为基体,成功制备了PMMA/ATT纳米复合材料。原位改性凹凸棒石在PMMA中分散均匀,纳米粒子的形貌(一维棒状)得到保持,纳米复合材料的力学性能、热性能均有大幅提高。傅里叶红外仪和扫描电镜的结果显示,TDI原位改性的ATT有较高TDI表面接枝率。采用透射电镜(TEM)观察纳米复合材料结构时发现,TDI可使ATT在共混过程中原位表面改性,并使ATT在基体中达到均匀分散。随着原位改性凹凸棒石含量从0到6%变化,复合材料的力学性能先增加后减少,并在3%时拉伸强度达到最大值,比纯PMMA提高了19%,在2%时无缺口冲击强度达到最大值,比纯PMMA提高了31%。当在PMMA中加入2%的原位改性凹凸棒石时,因为ATT阻碍了PMMA的链段运动,使其玻璃化转变温度提高了13.20℃,复合材料失重10%的分解温度较纯PMMA提高了73.47℃。