幾種聚合物粉體填充改性聚碳酸亞丙酯的研究.pdf

1、如今石油資源短缺、溫室效應(yīng)與白色污染等一系列問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，可再生資源與可降解高分子材料成為研究熱點(diǎn)之一。聚碳酸亞丙酯（PPC）是一種由二氧化碳（CO2）與環(huán)氧丙烷（PO）共聚而成新型高分子材料，其合成過(guò)程中不僅有效地利用了溫室氣體 CO2，減少了對(duì)石油資源的消耗，而且 PPC自身還具有生物相容性、氣體阻隔性等許多優(yōu)良性能，應(yīng)用前景廣闊。然而 PPC是由大量的酯基和少量的醚鍵組成，其分子鏈柔性較好，分子間作用力較弱，而且其為非晶材料，這

2、些結(jié)構(gòu)因素導(dǎo)致其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低，力學(xué)強(qiáng)度不高。另一方面，PPC在受熱過(guò)程中容易發(fā)生解拉鏈的降解反應(yīng)，熱穩(wěn)定性比較差。這些缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了其規(guī)?；瘧?yīng)用。因此，PPC的改性成為研究熱點(diǎn)之一。本文分別采用纖維素粉(CellulosePowder(CP))、羊毛粉(Wool Powder(WP))、尼龍6粉、尼龍3粉以及聚苯酚粉體為填料對(duì)PPC進(jìn)行溶液填充改性。采用掃描電鏡(SEM)、紅外光譜(FTIR)、差示掃描量熱分析(DSC)、熱重分析

3、(TG)、拉伸測(cè)試和動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析（DMA）等對(duì)所得復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征測(cè)試。取得如下研究結(jié)果：
　　(1)首先選用CP對(duì)PPC進(jìn)行了填充改性，考察了CP的粒徑和用量對(duì)所得復(fù)合材料性能的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，少量的CP在PPC基體中具有較好的分散性，然而當(dāng)用量大于0.5wt％時(shí)，CP出現(xiàn)了團(tuán)聚現(xiàn)象，CP與PPC基體之間界面粘結(jié)較強(qiáng)，二者間沒(méi)有明顯的裂紋存在，F(xiàn)TIR的研究進(jìn)一步表明，CP與 PPC存在氫鍵作用和可能的化學(xué)鍵

4、作用。CP能有效提高PPC的熱性能和力學(xué)性能。當(dāng)CP的含量為1wt%時(shí)，改性效果最好，DSC測(cè)得的復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）從28.3℃提高到35.6℃；最大熱分解溫度（Tmax）可從243℃提高到285℃；拉伸強(qiáng)度可從21MPa提高到35MPa左右、儲(chǔ)能模量可由1401MPa提高到2141MPa，且斷裂伸長(zhǎng)率為172%左右，仍保持一定的韌性。而且，小粒徑的CP對(duì)PPC具有較好的改性效果。
　　(2)當(dāng)選用WP為填料時(shí)，低含

5、量下，WP在PPC基體中分散性也比較好，當(dāng)含量大于4wt%時(shí)，發(fā)生了團(tuán)聚現(xiàn)象，WP與PPC之間不僅存在氫鍵作用，而且還可能存在化學(xué)鍵作用。熱性能和力學(xué)性能的結(jié)果表明，WP的引入不僅有效地提高PPC的熱性能，而且提高了其力學(xué)性能。當(dāng)WP的含量為2%，改性效果最好，DSC測(cè)得的Tg為34.2℃，比純PPC提高了近6℃；Tmax為275℃，比純PPC提高了32℃，其拉伸強(qiáng)度、楊氏模量和儲(chǔ)能模量分別從純PPC的21MPa、546MPa、2184

6、MPa提高到了38MPa、1589MPa與3200MPa，斷裂伸長(zhǎng)率則從785%下降到了130%，仍具有一定的韌性。
　　(3)采用尼龍6粉對(duì)PPC進(jìn)行改性時(shí)，尼龍6粉末可在PPC中良好分散，用量為4wt%時(shí)發(fā)生輕微聚集現(xiàn)象，尼龍6粉與PPC的界面結(jié)合較緊密，無(wú)明顯裂縫；尼龍6粉與PPC之間界面作用較強(qiáng)，存在氫鍵作用和可能的化學(xué)作用。尼龍6的加入使PPC的熱性能和力學(xué)強(qiáng)度都得到了有效改善。當(dāng)尼龍6含量為4wt%時(shí)，DSC測(cè)得Tg從

7、28.3℃提高至37.6℃；復(fù)合材料的 Tmax從243℃提高至263℃；拉伸強(qiáng)度從20MPa提高到37.3MPa，儲(chǔ)能模量從1401MPa提高到2797MPa。然而，尼龍6粉的引入也導(dǎo)致了復(fù)合材料韌性的大幅度下降，尼龍6粉含量?jī)H為0.5wt%時(shí)，復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率降至71%左右，當(dāng)尼龍6粉用量為4wt%時(shí)，復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率降至47%左右。
　　(4)選用與尼龍6及WP結(jié)構(gòu)類似的尼龍3粉對(duì)PPC進(jìn)行改性時(shí)，可以取得相對(duì)較好的

8、改性效果，當(dāng)尼龍3粉的含量為1wt%時(shí)，其對(duì)PPC的綜合改性效果最好，其Tg、Tmax、拉伸強(qiáng)度、儲(chǔ)能模量分別為35℃、259℃、37MPa、3182MPa，相比純PPC分別提高了7℃、15℃、16MPa、1781MPa。但同樣的問(wèn)題，尼龍3粉的引入導(dǎo)致了PPC韌性的下降。SEM表明尼龍3在PPC基體中分散狀況非常好，無(wú)明顯的聚集現(xiàn)象；將復(fù)合材料中尼龍3抽提并進(jìn)行紅外測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，抽提出的尼龍3與純尼龍3相比紅外光譜完全一致，說(shuō)明

9、尼龍3與PPC之間不存在化學(xué)作用。二者之間有氫鍵作用。
　　(5)聚苯酚粉在PPC的分散較好，同樣量少時(shí)分散較均勻，當(dāng)含量為1%時(shí)發(fā)生較為明顯的聚集現(xiàn)象。FTIR分析表明，二者之間存在氫鍵作用，可能存在化學(xué)作用。聚苯酚能夠大幅度的提高PPC的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與力學(xué)強(qiáng)度，在用量?jī)H為0.25wt%時(shí)，復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度即可提高到40.6℃，較純PPC相比提高了近12℃，而少量的聚苯酚（0.05wt%）即可大幅度提高PPC的拉伸強(qiáng)度，