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本文制备出两种离子液体:吡啶型聚醚离子液体(PPIL)和1-十六烷基-3-乙基咪唑离子液体(IIL),然后,用这两种离子液体分别对蒙脱土进行有机化改性处理,并分别制备离子液体改性、共混聚合物体系和聚合物/有机蒙脱土复合材料,最后对三类材料的结构及性能分别进行了研究。
主要研究工作如下:
1、以三氟化硼乙醚络合物(Et2O·BF3)为催化剂,对环氧氯丙烷(ECH)进行阳离子开环聚合,合成了端羟基聚环氧氯丙烷(PECH)。再将其与吡啶反应,制备了吡啶型聚醚离子液体;由N-乙基咪唑和溴代十六烷通过微波法合成出1-十六烷基-3-乙基咪唑离子液体,并分别用FT-IR和1H-NMR对两种离子液体的化学结构进行了表征。
2、以不同比例的两种离子液体分别作为插层剂制得有机蒙脱土,FT-IR测试结果表明:有机成分已经进入蒙脱土中,生成了有机蒙脱土。XRD测试表明:在5g蒙脱土中聚醚型离子液体的加入量为4.5g时,蒙脱土的层间距达到最大值1.65nm,随着加入量的增加,蒙脱土的层间距呈递减趋势;5g蒙脱土中咪唑型离子液体的加入量为4.5g时,层间距出现突跃,达到4.16nm。
3、以两种离子液体分别制备了聚醚型离子液体共混环氧树脂、聚醚型离子液体改性聚丙烯、聚醚型离子液体改性尼龙-6、咪唑型离子液体共混环氧树脂。并分别通过FT-IR、XRD、DSC等测试了共混、改性材料的结构及性能。
对聚醚型离子液体共混环氧树脂:当离子液体:环氧树脂(质量比)为20:80、40:60、60:40时,固化体系的冲击强度较纯EP分别提高了58%、160%、340%,其中PPIL:EP为60:40时,尽管样条厚度达6mm,却可以随意弯曲,呈现出明显的橡胶弹性;
对聚醚型离子液体改性聚丙烯:研究结果表明,离子液体添加到聚丙烯中后,起到了异相成核作用,同时使聚丙烯结晶度减小,添加离子液体的样品结晶峰温与纯样相近,离子液体在聚丙烯中起到了α-晶、β-晶成核剂的作用,同时与PP基体有着良好的相容性;此外,离子液体:聚丙烯为4:100时,改性材料的冲击强度较纯PP提高了约9%;
对聚醚型离子液体改性尼龙-6:聚醚型离子液体:尼龙6为3:100时,改性材料的冲击强度较PA6提高了17.2%。这一结果说明PPIL的柔性长链对PA6起到了增韧作用,同时随着离子液体的加入,改性PA6的结晶温度向低温方向移动,延迟了改性PA6的结晶速度;
对咪唑型离子液体共混环氧树脂:咪唑型离子液体:环氧树脂为20:80、40:60、60:40时,固化体系的冲击强度较纯EP分别提高了110%、243%、550%。
4、以两种离子液体有机化后的蒙脱土分别制备环氧树脂/有机蒙脱土复合材料。通过SEM对环氧树脂/有机蒙脱土复合材料冲击断口进行微观研究,发现断口呈现出明显的韧性断裂。对两种复合材料的冲击性能都进行了测试。测试结果表明改性蒙脱土的加入均改善了环氧树脂基体的冲击性能,对环氧树脂起到了增韧作用。