动态力学分析仪研究OMMT、MMT对SEBS_PP弹性体材料形变性能的影响

第21卷　第2期2008年6月

聊城大学学报(自然科学版)

Journal of L iaocheng U niversity(N at.Sci.)

V o l.21N o.2

Jun.2008

动态力学分析仪研究OMM T、MM T对SEB S PP

弹性体材料形变性能的影响①

寇雪莹1)　姚中福2)　段树民1)　李淑娟1)　吴国增1)

(1)聊城大学东昌学院,山东聊城252000;2)聊城市高新技术创业服务中心,山东聊城252000))

摘　要　本文发展了一种用动态力学分析仪(DM A)研究弹性体材料的拉伸形变行为的新方法,并采用该方法研究了有机化蒙脱土(OMM T)、蒙脱土原土(MM T)对SEB S PP弹性体材料抗塑性形变性能的影响.研究结果表明,OMM T和MM T的加入均能改善SEB S PP弹性体复合材料的回弹性,且OMM T的作用更为明显.弹性体材料的拉伸形变回复率随着改性剂OMM T和MM T加入量的增加先增大后减小,当改性剂含量为5p h r时,材料形变回复率达到最大.

关键词　动态力学分析仪,苯乙烯2乙烯 丁烯2苯乙烯三嵌段聚合物,聚丙烯,蒙脱土,有机化蒙脱土,形变性能

中图分类号　TU601 文献标识码　A 文章编号　167226634(2008)022*******

苯乙烯(S)2乙烯(E) 丁烯(B)2苯乙烯(S)构成的三嵌段共聚物(SEB S)是一类典型的热塑性弹性体,在常温下聚苯乙烯嵌段硬而强,通过范德华引力作用形成相区,分散于弹性基体相中,并将弹性体嵌段锁接成物理交联的网络.这种以弹性链段为连续相,聚苯乙烯嵌段为分散相的网络结构赋予了SEB S与传统硫化橡胶相似的弹性体性能[1],且其在高温下又能塑化成型.但是与硫化橡胶相比,SEB S的塑性形变较大,这是因为SEB S结构中存在的是物理交联作用,而硫化橡胶的分子链间是由化学键相连而成的化学交联作用,化学交联比物理交联作用更能有效地防止“冷流”现象发生[2].以聚丙烯(PP)改性SEB S可以显著提高SEB S的机械性能和加工性能[3,4],但是并不能改善SEB S弹性体在外力作用下塑性形变较大的缺点.蒙脱土(MM T)是我国丰产的一类天然粘土矿物,其结构片层是纳米尺度,厚约1nm,长宽约100nm,常用作纳米无机增强相[5].由于蒙脱土铝氧八面体上部分三价铝被二价镁同晶置换,使层内表面具有负电荷,过剩的负电荷通过层间吸附的阳离子来补偿,如:N a+、K+、Ca2+等,它们很容易与无机或有机阳离子进行交换,离子交换后得到的有机化蒙脱土(OMM T),其片层间距被进一步扩大,OMM T能进一步在与单体或聚合物熔体混合的过程中,剥离为纳米尺度的结构片层,均匀分散在聚合物基体中,具有更强的纳米效应[6].本文选用OMM T、MM T作为SEB S PP弹性体材料的抗塑性形变改性剂,制备了一系列SEB S PP、SEB S PP OMM T以及SEB S PP MM T弹性体材料,采用DM A的拉伸模式研究了OMM T、MM T对SEB S PP弹性体材料的形变行为的影响.

1　实验部分

1.1　原材料

SEB S:牌号3151,台湾台塑橡股份有限公司(T SRC),PS EB质量比32 68,分子量241500g m o l,密度0.91g c m3;PP:牌号S700,扬子石化有限公司,密度为0.90～0.91g c m3;抗氧剂1010:美国大湖公司,

①上海市教委重点资助项目(040A02);上海市重点学科建设资助项目(P1502)

收稿日期:2008201218

分子式:C 73H 108O 12,分子量:1177.65g m o l ;白油:工业白油46#,上海大亮化工有限公司

.蒙脱土:上海威胜包装材料有限公司,钙基原土;十六烷基三甲基溴化铵:东京化成工业株式会社.1.2　改性的SEB S PP 弹性体材料的制备与性能测试

1.2.1　有机化蒙脱土(OMM T )的制备[6].按质量比为2:1:30称取钙基蒙脱土、季铵盐和蒸馏水,在70℃、20r m in 转速搅拌下反应24h .反应完成后,冷却至室温,减压抽滤

.用去离子水反复洗涤所得沉淀物.将所得红褐色沉淀物滤饼放入烘箱中烘干,80℃下干燥10h .将所得的有机化蒙脱土用球磨机(M D 2,南大天尊有限公司)粉碎后,过120目筛,得到红褐色有机化蒙脱土粉末,密封保存.1.2.2　SEB S 充油.将SEB S 与白油以100 150质量比在高速混合机(SHR 210A ,张家港市亿利机械有限公司)中搅拌3m in ,取出,静置24h 以上,使SEB S 充分溶胀后,待用.1.2.3　改性的SEB S PP 弹性体材料的制备.将充好油的SEB S 、PP 、形变改性剂(OMM T 或MM T )、抗氧剂按配方进行称量,在高速混合机中搅拌,充分混合均匀后,将其加入到200℃密炼机(S (X )M 21L 2KA ,常州溯源橡胶科技有限公司)熔融混炼.共混料在密炼腔中冷却、出料.粉粹后得到直径为3～5mm 的粒料.将所得粒料在FT 280型注塑机(浙江申达塑料机械有限公司)中注塑成片状试样.1.3　改性的SEB S PP 弹性体材料的性能测试

采用日本理学公司生产的D M A X 2550VB PC X 射线衍射仪(XRD )表征MM T 的插层效果

.测试条件:铜靶,电压40V ;电流200M A ;X 2射线波长1.5406∼;扫描速度2(°) m in ;扫描范围1°

～15°.使用N ET ZSCH DM A 242C 动态力学分析仪(DM A )对弹性体材料的拉伸性能进行了研究.样品尺寸:15mm ×6mm ×2mm 的长方体,测试条件:拉伸模式;测试温度:25℃;静态力:2N ;静态拉力作用时间:15m in ;撤去静态拉力后试样形变恢复时间:15m in .

2　结果与讨论

2.1　插层结构的表征

选用十六烷基三甲基溴化铵与MM T 进行阳离子交换,从图1(a )和(b )的XRD 测试结果可看出,蒙脱土经过十六烷基三甲基溴化铵的处理后(001)晶面一级衍射峰的2Η从5.73°减小至2.35°,根据布拉格公式d 001=(Κ (2sin (Η)计算得到,原土MM T 、有机化蒙脱土OMM T 的层间距分别为1.54nm 、3.75nm .这说明十六烷基链进入蒙脱土片层间,导致OMM T 的层间距扩大.

将MM T 和OMM T 加入到SEB S PP 弹性体材料中后,XRD 测试结果(图1(c )和(d ))表

明,SEB S PP MM T 、SEB S PP OMM T 材料的(001)晶面一级衍

射峰的2Η分别为5.46°和2.16°

.

图1　插层结构的XRD 谱图计算可得层间距分别为1.62nm 和4.07nm ,且SEB S PP OMM T 弹性体材料的一级衍射峰比SEB S PP MM T 弹性体材料的更为尖锐,SEB S PP OMM T 弹性体材料XRD 衍射曲线中最强衍射峰后出现一系列强度较小的衍射峰,晶面排布均匀,这些均证明SEB S PP 分子链已经很好地插层进入OMM T 的片层之

57　第2期 寇雪莹等:动态力学分析仪研究OMM T 、MM T 对SEBS PP 弹性体材料形变性能的影响