聚丙烯-微、納米二氧化硅復(fù)合材料的分散與性能.pdf

1、超細(xì)二氧化硅（包括微、納米二氧化硅）由于其良好的光學(xué)透明性、生物相容性、物理與化學(xué)穩(wěn)定性及可裁剪的表面性質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。聚丙烯(PP)是用途廣泛的通用塑料，與二氧化硅（SiO2）復(fù)合可提高其加工、力學(xué)、熱穩(wěn)定等性能，有望實(shí)現(xiàn)聚丙烯的工程化。如何實(shí)現(xiàn)SiO2在聚丙烯基體中的均勻分散及提高兩相的界面相容性是制備聚丙烯/SiO2復(fù)合材料的關(guān)鍵。本論文分別采用改性SiO2和二氧化硅聚合物復(fù)合微球?yàn)樘盍?，通過熔融共混和注塑成型的方法制備了P

2、P/微、納米SiO2復(fù)合材料，系統(tǒng)研究了SiO2在PP基體中的分散及復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能。具體研究內(nèi)容及主要結(jié)果如下：
　　 (1)采用馬來酸酐接枝氫化苯乙烯/乙烯-丁烯/苯乙烯嵌段共聚物(MA-SEBS)作增容劑，通過熔融共混和注塑成型的方法制備了PP/ SiO2納米復(fù)合材料。研究了MA-SEBS對復(fù)合材料的分散狀態(tài)、力學(xué)性能、結(jié)晶形態(tài)及結(jié)晶及熔融行為的影響。結(jié)果表明MA-SEBS 起到了界面相容劑的作用，降低了納米SiO2的

3、團(tuán)聚，改善了其在PP基體中的分散，顯著提高了復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度；MA-SEBS 使SiO2在PP 結(jié)晶過程中能更好地起到異相成核作用，提高了復(fù)合材料中PP 相的結(jié)晶溫度，使PP 形成尺寸更小、結(jié)構(gòu)更完整的球晶。
　　 （2）將甲基丙烯酸甲酯（MMA）和丙烯酸丁酯(BA)通過原位乳液共聚合的方法對納米SiO2進(jìn)行接枝改性；將改性SiO2與PP 復(fù)合制備了PP/納米SiO2復(fù)合材料。研究了接枝改性對SiO2表面性質(zhì)、SiO2在PP基

4、體中的分散、PP/SiO2復(fù)合材料力學(xué)性能和結(jié)晶、熔融行為的影響。
　　 結(jié)果表明聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚丙烯酸丁酯(PBA)成功地接枝到了納米SiO2表面，且可通過改變共聚單體的種類和配比調(diào)控SiO2表面接枝聚合物的溶度參數(shù)和模量；由于接枝在納米SiO2表面的PMMA 加強(qiáng)了SiO2的親油性和異相成核能力，增強(qiáng)了納米SiO2在PP基體中的分散性和界面粘合、降低了復(fù)合材料中PP的球晶尺寸，從而導(dǎo)致楊氏模量和韌性同時提高；

5、與PP 相容性更好的PBA對納米SiO2的接枝改性進(jìn)一步改善了SiO2粒子在PP中的分散和界面的粘結(jié)，使PP/SiO2復(fù)合材料的韌性進(jìn)一步提高，但使復(fù)合材料的模量下降；相比PMMA 或PBA的改性，用共聚物P （MMA-co-BA）
　　 對納米SiO2粒子進(jìn)行接枝改性能使PP/SiO2復(fù)合材料呈現(xiàn)出均衡的強(qiáng)度和韌性。
　　 （3）利用溶膠-凝膠法和原位乳液聚合法，制備了以SiO2為核、P(MMA-co-BA)共聚物為殼

6、的復(fù)合微球，將復(fù)合微球與PP 熔融共混、注塑成型制備了均勻分散的PP/SiO2復(fù)合材料。研究了SiO2聚合物復(fù)合微球的粒徑大小及其殼層厚度的影響因素，復(fù)合微球?qū)P/SiO2復(fù)合材料的分散、力學(xué)性能、結(jié)晶、熔融及非等溫結(jié)晶動力學(xué)行為的影響。
　　 結(jié)果表明通過改變SiO2膠體微球的粒徑、MMA和BA的用量可以調(diào)控核-殼復(fù)合微球的粒徑和殼層厚度；由于復(fù)合微球殼層的高分子鏈有效地阻止了無機(jī)粒子間的直接接觸從而改善了SiO2粒子在PP

7、基體的分散，同時殼層高分子鏈與基體間良好的相容性增強(qiáng)了PP與SiO2的界面粘結(jié)強(qiáng)度，有效地提高了PP/SiO2復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度；SiO2復(fù)合粒子的粒徑及殼層厚度對復(fù)合材料的力學(xué)性能有顯著的影響，當(dāng)復(fù)合粒子殼層厚度為15nm時，在不降低復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的情況下，使復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度提高到純PP的兩倍；粒子脫粘、塑性銀紋擴(kuò)張和基體剪切屈服吸收沖擊破壞產(chǎn)生的能量是造成復(fù)合材料韌性提高的原因；均勻分散的SiO2復(fù)合粒子對PP能夠起到很好的結(jié)晶