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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一种综合性能优良的热塑性塑料，作为纤维或薄膜，PET在工业生产和日常生活中得到了广泛的应用。由于PET具有较高的气体阻隔性、力学性能优良和质轻等特点，成为平流层飞艇囊体气密层的首选材料。然而，为了降低气密层的面密度，需要进一步提高PET的气体阻隔性。因此，开发高阻隔PET材料、探索高阻隔PET的气体透过特性和透过机理对平流层飞艇气密层材料的研究具有重要的意义。论文首先对现有的阻隔性能优良的聚合物材料进行了筛选，并以提高气体阻隔性为目标对高阻隔聚合物复合材料及其制备方法进行了合理的设计，最终确定PET/MMT纳米复合材料的制备方法为：选用合成PET的催化剂醋酸锑（Sb(OAc)3）以及聚醚铵盐协同插层MMT，并用原位聚合法制备PET/MMT纳米复合材料。其次，采用Sb(OAc)3对Na-MMT进行插层，考察了Sb在MMT上的吸附和解吸附。通过对Sb(OAc)3的不同浓度、不同插层时间对应的吸附量测试值进行热力学和动力学分析，发现Sb在MMT上的吸附符合Langmuir等温吸附模型和准二级吸附动力学模型；对比三种不同干燥温度的Sb-MMT在一定温度下的解吸附率实测值，发现Sb的解吸附量与Sb-MMT的干燥温度和解吸附温度有关，当Sb-MMT的干燥温度不低于240℃时，Sb在MMT上的解吸附率小于37%，MMT上剩余Sb的吸附量可达0.0628g/g MMT，加入1wt%的Sb-MMT就可以确保PET原位聚合过程中所需的催化剂用量。 在Na-MMT和Sb-MMT存在的条件下，分别采用原位聚合法制备了PET/MMT纳米复合材料，通过XRD、TEM、DSC、TG等方法考察了Sb-MMT对PET/MMT纳米复合材料结构和性能的影响。研究结果表明，PET/Sb-MMT纳米复合材料属于插层-剥离混合型，而PET/Na-MMT纳米复合材料属于插层型，说明MMT层间的催化剂Sb(OAc)3使对苯二甲酸乙二醇酯（BHET）在MMT层间发生缩聚，放出的反应热促进了MMT层间距的扩大乃至片层的剥离；PET/Sb-MMT纳米复合材料的结晶性能、热稳定性、气体阻隔性能以及阻燃性能均优于纯PET和PET/Na-MMT纳米复合材料，表明与Na-MMT相比，采用催化剂插层MMT制备PET/MMT更有利于发挥MMT的改性作用，这与PET/MMT具有的插层-剥离混合型微观结构特点相符。采用醋酸锑和聚醚铵盐D400协同插层MMT，并采用原位聚合法制备了PET/Sb-D400-MMT纳米复合材料，并采用双螺杆熔融共混法制备了PET/D2000-MMT纳米复合材料，并对两种材料的结构、阻隔性能和力学性能进行了研究。结果表明，两种PET/MMT纳米复合材料均为插层-剥离混合型；气体阻隔性能与纯PET相比分别提高了28.2%和20.8%，拉伸模量与纯PET相比分别提高了11.9%和16.7%，但拉伸强度和断裂伸长率与纯PET相比略有降低；特别地，采用原位聚合法制备的PET/Sb-D400-MMT纳米复合材料的相对透过系数小于PET/D2000-MMT纳米复合材料，表明前者对气体的阻隔性大于后者，这可归因于原位聚合法促使BHET在MMT片层内缩聚，导致在PET基体中的MMT具有更高的长径比。为了揭示纯PET的气体透过特性和透过机理，考察了纯PET膜的结晶度、厚度以及透过气体种类和透过气体压差对气体透过PET的透过量和透过系数的影响。研究结果表明，随着PET膜结晶度或厚度的增加，气体透过PET的透过量降低；在相同的条件下，氦气透过PET的透过量和透过系数均为氮气的43倍左右，且氦气、氮气透过PET膜的透过量和透过系数均呈对数线性关系；氦气透过PET膜的透过量随压差的增大而增大，透过系数略有降低；对气体透过纯PET机理的分析结果表明，PET结晶度、膜厚度、透过气体压差、透过气体种类对气体透过PET特性的影响，本质上都与PET自由体积分数和尺寸大小有关，PET自由体积分数或尺寸越大，对应的气体透过系数也越大。为了揭示气体透过PET/MMT纳米复合材料的特性和透过机理，考察了MMT的含量和长径比对氦气透过系数的影响。研究结果表明，MMT的加入降低了气体透过PET的透过系数；当MMT含量为1wt%时，PET/Sb-D400-MMT、PET/D400-MMT和PET/D2000-MMT三种纳米复合材料的氦气相对透过系数分别为0.683、0.700和0.792，则根据Nielsen模型计算得到这三种纳米复合材料中MMT的长径比分别为90、84和50，表明PET/MMT纳米复合材料的透过系数与MMT的长径比成反比；气体透过PET/MMT纳米复合材料的机理可归结为，具有较大长径比的MMT片层导致气体分子在透过PET/MMT纳米复合材料的过程中绕过MMT片层所经过的扩散路径增大，进而降低了气体透过系数，提高了纳米复合材料的阻隔性能。由此可见，对于高阻隔PET/MMT纳米复合材料，提高MMT在PET基体中的长径比是高阻隔PET/MMT应用的关键技术。 |
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发表于 2022-8-30 11:05:45
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