纳米高岭土作为PET成核助剂的应用研究(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-02 原文发表:2007-07-02 人气:2

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而PET从熔融状态冷却结晶的过程是由成核步骤控制的。无机粒子的成核效果越好，则结晶速率越快。由图1和表1可以看出含纳米高岭土分别为1%～5%的GPET的ΔTmc比PET要降低30～36℃之多。由此可见纳米高岭土是PET非常好的成核剂，可以大大加速PET结晶的成核步骤。

从图1和表1还可以看出含纳米高岭土分别为1%~5%的GPET的ΔTcc的变化不大，仅在1～2℃之间波动。而ΔTmc却随着纳米高岭土的含量的增加在1～5℃之间波动。这说明不同比例的纳米高岭土对PET的冷结晶过程的影响大致相同；同时对PET的成核阶段的速率的变化也不是很大。

由以上分析可以看出纳米高岭土的加入可以较大程度的加快PET的结晶速率，具有快速结晶成核剂的作用。加入1％纳米高岭土对PET的结晶速率就有明显的作用，因此我们选择1％GPET作为后续研究。

2.2 等温结晶动力学的研究

为了从定量上分析和比较PET和GPET结晶速率的快慢，我们进行了二者的等温结晶动力学的研究。在等温条件下聚合物结晶过程可以用Avrami方程来描述[13]：

1-X(t)=exp(-Ktn)(1)

式中X(t)为t时刻结晶度；K为动力学速率常数；n为Avrami指数。将式（1）改为：

lg{-ln[1-X(t)]}=lgK nlgt(2)

以lg{-ln[1-X(t)]}对lgt作图即可由直线的截距和斜率求得动力学速率常数和Avrami指数n。由K值和n值就可以利用式（3）求得半结晶时间t1/2 。

t1/2=(ln2/K)1/n (3)

图2是PET和1%GPET分别在224℃、226℃、228℃、230℃和232℃下的等温结晶曲线。

(a): PET(b): 1%GPET
图2 等温结晶DSC曲线
Fig2? DSC curves of the isothemal crystallization
1－224℃ 2－226℃ 3－228℃ 4－230℃ 5－232℃

图3是PET和1%GPET结晶度对结晶时间变化曲线。

(a): PET(b): 1%GPET
图3 结晶度对时间曲线
Fig.3 The curves of crystallinity with time
1－224℃ 2－226℃ 3－228℃ 4－230℃ 5－232℃

图4是PET和1%GPET的Avrami曲线。由图4可见在所研究的温度范围内PET和GPET都符合Avrami动力学方程。由Avrami动力学曲线求得的K、n和t1/2值列于表2中。

(a): PET (b): 1%GPET
图4 等温结晶Avrami曲线
Fig.4 Avrami Curves of the isothemal crystallization
1－224℃ 2－226℃ 3－228℃ 4－230℃ 5－232℃

表2 PET和GPET等温结晶动力学数据

由表2可以看出含1％纳米高岭土GPET的平均结晶速率是PET的3倍。这也从量上说明了纳米高岭土可以大大加速PET的结晶速率。

从Avrami指数n可以看出GPET在3.04～3.75之间，这说明了GPET的结晶过程是典型的异相成核机理。GPET结晶时以纳米高岭土为中心吸附熔体中的PET链做有序排列，从而形成晶核，并且随后沿三维方向生长。纳米高岭土是PET一种很好的成核剂。

3 结论

（1）利用熔融共混法制备了PET/纳米高岭土复合材料。
（2）纳米高岭土可以明显加速并且促进PET的结晶。添加1%纳米高岭土的GPET的结晶速率是纯PET的3倍，并且GPET的结晶符合典型的异相成核机理。
（3）纳米高岭土是一种非常好的PET结晶成核剂。目前，利用纳米高岭土优良成核性能和高性价比，可以配合其他价格昂贵的成核剂使用，从而改善PET加工性能而开辟新的道路。 (

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