本文用十六烷基三甲基溴化铵插层蒙脱土(MMT)，着重考察了MMT片层提供的受限空间内烷烃链的凝聚行为。采用熔融插层法制备低密度聚乙烯(LDPE)及其共聚物／MMT复合材料，对其制备、结构和性能关系进行了系统的研究。提出了硅酸盐片层的一种新的分散形式—“片层堆积簇”。利用熔融接枝插层法将马来酸酐处理的有机蒙脱土与LDPE共混，制得LDPE／MMT纳米复合材料。提出聚合物／粘土(PLS)纳米复合材料的阻隔几何模型，推导出适合PLS纳米复合材料体系的相对透气性公式，并探讨影响透气性的各种因素。获得以下主要结果： 1．利用X—射线(XRD)、热失重分析(TGA)、傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR)以及分子模拟(MD)对十六烷基三甲基溴化铵(C16)在MMT片层间的形态进行了表征。研究发现，C16加入量低于0.75 CEC时，表面修饰后的MMT生成一种沉淀，其受限烷基链采取单层排列，分子链具有一定数量的自由构象；加入量高于0.75 CEC时，产物分成上、下两层；上层产物中烷基链采取双层分子排列，分子链具有三种取向方式，下层产物中烷基链则采取斜立双交叉排列，但分子链具有少量的旁式构象。 较小的受限空间可提高烷基链降解温度～20℃。随着层间高度和插层物含量增大，起始降解温度下降～25℃。有机蒙脱土的热失重微分曲线呈多峰，与层间烷基链密度分布呈多层堆积有关。 2．对影响LDPE和乙烯—醋酸乙烯酯共聚物(EVA)／有机蒙脱土二元体系熔融复合的若干因素进行了研究。结果表明，非极性的LDPE插层能力极其有限，聚乙烯共聚物具有良好的插层能力；MMT分散效果以及复合材料的性能取决于高分子链的极性和有机蒙脱土的性质。插层高分子链的极性基团含量要适宜；否则，极性基团将相邻片层“胶粘”形成稳定的“梯形”结构，导致高分子链插层受阻，易形成插层型纳米复合材料。表面活性剂修饰量小于MMT的阳离子交换量(CEC)时，高分子链较难插层；表面活性剂用量增大，MMT片层可更好地分散，甚至剥离。有机蒙脱土层间有机物含量较高，有利于聚合物插层和MMT片层剥离分散。片层剥离分散程度大，有利于提高复合材料的力学性能；插层型复合材料的力学性能与表面活性剂分子结构有关。 3．通过添加极性相容剂EVA、乙烯—丙烯酸共聚物(EAA)和乙烯—甲基丙烯酸酯共聚物(EMA)，采用熔融插层法成功制备了LDPE／MMT纳米复合材料。研究发现，该体系采用相容剂／有机蒙脱土先复合再与基体熔融挤出的分步插层技术，可使硅酸盐片层达到很好的分散效果。硅酸盐片层的分散效果取决于有机蒙脱土、表面活性剂与相容剂三者之间的相互作用。相容剂在该体系中具有增容、插层和包覆三种作用，其效果取决于相容剂添加量、分子量(粘度)及其分子结构。相容剂与有机蒙脱土较强的相互作用导致材料中片层以“片层堆积簇”形式存在，“簇”内呈近晶型；反之，硅酸盐片层分散程度较大，易呈各向异性。 4．对LDPE／MMT纳米复合材料的力学性能、透气性能以及热力学性能的研究结果表明，插层型或剥离型PLS纳米复合材料的力学性能取决于基体、相容剂在硅酸盐片层表面的相容性。较好的相容性可使得基体插入片层间，增大层间距，浙江大学硕士学位论文摘要可有效地提高材料的力学性能;反之，力学性能变差或提高幅度有限。有机蒙脱土含量对材料性能有较大的影响，最佳含量为3wt%。片层作用导致薄膜在垂直流延方向上的直角撕裂强度增大，而沿流延方向上的直角撕裂强度减小，且拉伸强度也减小。而在有机蒙脱土最佳含量时，薄膜沿流延方向上的断裂伸长率最大，且相对LDPEj’E、伙复合薄膜，有机蒙脱土含量为3wt%时，水蒸气阻隔性提高一45%。易降解的相容剂导致复合材料的耐热性能变差，但相容剂极性基团与片层良好的作用、片层的阻隔作用可提高三元体系的热稳定性。5.用马来酸配(MAH)、丙烯酞胺(AM)对有机蒙脱土进行再处理制得处理有机土，再与LDPE熔融复合制得LDPE/MMT复合材料。在存在硅酸盐片层情况下，LDPE可与MAH发生接枝反应，而不与AM接枝;MAH接枝有助于LDPE插入片层间，促进有机蒙脱土片层剥离分散。FTIR光谱研究表明，有机蒙脱土中片层与MAH作用，可有效地增大LDPE的接枝率，从而增加体系的复合分散效果。表明熔融接枝插层技术是完全可行的。6.基于迷宫理论和结晶性聚合物透气理论，提出相对透气性的各向异性模型，推导出适合PLS纳米复合材料体系的相对透气性公式，并系统地讨论了相对透气性的影响因素，包括侧面间距、片层堆积厚度、层间高度、片层体积分数、片层的几何外形以及链段活动因子等。增大侧面间距导致相对透气性下降，特别是对于片层较小的体系。侧面间距增大导致相对透气性对片层堆积厚度的依赖性减弱。插层型或未完全剥离型结构、受限空间以及适宜的片层堆积均可有效地提高材料的阻隔性能。而增大片层体积分数(>O，03)，或片层直径(>500 nm)不能有效地改善阻隔性能。相对下方形片层，分散圆片状片层更能改善材料的阻隔性能。利用体积分数约0.仍、片层直径约500nLIn的圆片状片层填充聚合物，获得插层型PLS纳米复合材料将具有优良的阻隔性