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理论与研究 马调调·PBAT/OMMT 复合材料的力学性能研究

图 5 插层剂斜立排列的层间模型
当以此种模型排列时，插层剂分子与片层间的夹
角为 ψ 可以通过公式 sinψ=(d 001 -1.0) 当以此种模型排
列时，插层剂分子与片层间的夹角为 ψ 可以通过公式
sinψ=(d 001 -1.0)/2L 计算出，且 ψ=34.2° [16~17] ；假 设
成立。在未加入插层剂时，蒙脱土层间距为 1.25 nm，
a: 5:2 MMT:CTAB ； b: 5:5 MMT:CTAB
此时 CTAB 属于单层排列，当加入插层剂 1~4 份时， 图 6 PBAT/OMMT 纳米复合材料，OMMT 含量为 4%
则层间距里的 HTAB 属于双层排列或属于斜立排列，
XRD 表征中 ：
而加到 5:5 CTAB:MMT 时则属于双斜立排列。对该
（1）同一 CTAB 与 MMT 用量比，PBAT/OMMT
模型的解释认为 ：在外界机械搅拌下，CTAB 分子链
复合材料的一级衍射峰相对于 OMMT 左移，且纳米
进入到黏土片层后，由于 CTAB 分子中带季铵阳离子
复合材料片层的 d 001 大于 OMMT 片层的 d 001 。说明
的一端与片层上的缺电子氧发生复杂的络合作用，从
PBAT 大分子链段插入到 OMMT 片层中，使得片层间
[18]
而使它们紧密地吸附，进而降低了片层的表面能 。
距增大。
CTAB 的另一端是甲基，与高极性的黏土片层结合力
（2）虽然插层剂用量越多，OMMT 的层间距越
较弱，故黏土片层仍会吸附更多的季铵阳离子到片层
大，对 PBAT 的插层效果也越好，但 CTAB 用量较少
表面，以降低表面能，这样黏土的上下两个片层表面
时， 如 CTAB 与 MMT 用量比为 2:5 时， 对 PBAT 的
都吸附了 CTAB 中带有阳离子的那一头，而带有甲基
插层效果已经令人满意。同时，增大 CTAB 用量会明
的一端则互相对应，从而形成了较为稳定的双斜立结
显导致聚合物发生降解，严重影响材料的性能。所以
构。
下面制备 PBAT/OMMT 复合材料的实验将采用 CTAB
2.4 复合材料性能的 XRD 表征
与 MMT 用量比为 2:5 的 OMMT。
在插层剂用量对层间距影响的实验中可以看出，
蒙脱土含量不同时，对各复合材料进行 XRD 表征，
在设定的比例范围内，虽然片层间距随 CTAB 用量的
如图 7。
增多而增大，即插层效果越来越好。但 2:5 与 5:5 的
CTAB 与 MMT 用量比所对应的层间距相差并不大，
而且用量比过高可能会导致复合材料发生降解，综合
考虑，选取 CTAB 与 MMT 用量比为 2:5 制备复合材料。
现对 OMMT 含量为 4% 的复合材料进行 XRD 表
征，如图 6。
当 CTAB 与 MMT 用量比为 2:5 时，OMMT 的
一级衍射峰出现在 2θ≈4.66° 且 d 001 =2.173 7 nm，现
PBAT/OMMT 纳 米 复 合 材 料的 一 级 衍 射 峰 出 现 在
2θ≈2.39°，通过计算可得 d 001 =3.692 1 nm。
当 CTAB 与 MMT 用量比为 5:5 时，OMMT 的
一级衍射峰出现在 2θ≈2.54° 且 d 001 =3.374 1 nm 现
PBAT/OMMT 纳 米 复 合 材 料的 一 级 衍 射 峰 出 现 在 a:2% OMMT b:4% OMMT c:6% OMMT d:8% OMMT
2θ≈1.97°，通过计算得 d 001 =4.479 2 nm。可以看出 图 7 PBAT/OMMT 纳米复合材料，OMMT 含量为 4%

年
2019 第 45 卷 ·5·