PP-SiO2納米復(fù)合材料的研制及其生命周期評價.pdf

1、以低成本、環(huán)境負荷小的聚丙烯（PP）強韌化改性材料替代高成本工程塑料一直是聚丙烯改性的重要目標。納米技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用為PP增韌改性提供了一種全新的方法和途徑，但納米粒子表面能高，與聚丙烯極性相差大，難以實現(xiàn)與聚丙烯的界面相容和納米級分散，納米粒子表面改性對提高納米粒子的分散性及增強其與基體間的相容性尤為重要。本論文以納米SiO2為主要填料，根據(jù)納米SiO2表面處理方式的不同，分別制備了偶聯(lián)劑KH570改性的SiO2-KH570和聚苯乙烯

2、（PS）包覆改性的SiO2-PS粒子，并在此基礎(chǔ)上以高性能化為目的，通過熔融共混工藝制備了PP/SiO2納米復(fù)合材料。重點研究了納米SiO2表面處理方式對PP復(fù)合材料性能的影響，系統(tǒng)分析了各種復(fù)合體系結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，從結(jié)晶動力學角度分析了納米SiO2增韌PP機理，并將生命周期評價（LCA）應(yīng)用于PP/SiO2復(fù)合材料制品的生產(chǎn)過程，為PP納米復(fù)合材料生產(chǎn)工藝的選擇和相關(guān)政策法規(guī)的制定提供數(shù)據(jù)參考。
　　以硅烷偶聯(lián)劑KH570表面

3、處理納米SiO2，制備了PP/SiO2-KH570納米復(fù)合材料，通過FT-IR、TG、DCAT、TEM表征了KH570對納米SiO2的改性效果。結(jié)合復(fù)合材料力學性能分析，結(jié)果表明，改性后納米SiO2團聚趨勢減弱，粒徑在100nm以內(nèi)，在納米SiO2-KH570低含量填充（≤4wt％）時，PP沖擊強度、彎曲強度等有較大程度的提高，尤其是對基體的增韌效果最好，缺口沖擊強度提高了60%。以馬來酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）作為相容劑，在配

4、比PP/PP-g-MAH/SiO2=86/10/4時，PP基復(fù)合材料缺口沖擊強度比純PP提高了1.2倍；復(fù)合材料斷面SEM分析表明，加入PP-g-MAH使納米SiO2與PP相容性得到改善，偶聯(lián)劑KH570與PP-g-MAH協(xié)同作用比單用偶聯(lián)劑對PP基復(fù)合材料增韌效果好。DSC分析結(jié)果表明，PP-g-MAH作為相容劑使PP/PP-g-MAH/SiO2復(fù)合材料結(jié)晶速率加快，提高了PP/SiO2納米復(fù)合材料的成核能力。
　　通過熔融共混

5、工藝制備了PP/POE/SiO2復(fù)合材料，確定了POE和納米SiO2-KH570在復(fù)合材料中的最佳配比：當納米SiO2-KH570用量4wt%時、彈性體POE用量15wt%時，復(fù)合體系沖擊強度比純PP提高了124%，比相同條件下PP/POE復(fù)合材料的沖擊強度提高了11.3%；拉伸強度比純PP降低10.3%，比相同條件下PP/POE復(fù)合材料拉伸強度提高了16.1%。POE和SiO2-KH570復(fù)合粒子協(xié)同增韌增強作用效果明顯，既克服了由單

6、一彈性體提高韌性同時降低強度的缺點，又比單獨用納米SiO2增韌效果好。
　　在偶聯(lián)改性基礎(chǔ)上，用乳液聚合方法制備了粒徑在50nm左右的SiO2-PS復(fù)合粒子，考察了反應(yīng)條件對聚合反應(yīng)的影響，優(yōu)化并確定乳液聚合最佳的反應(yīng)條件：n(St)/n(SiO2)為1.5/1，引發(fā)劑1.5wt%，苯乙烯單體10wt%，反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)時間4h。用FTIR、TEM、XPS和TG分表征了SiO2-PS復(fù)合粒子結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明乳液聚合產(chǎn)物基本呈球形

7、結(jié)構(gòu)，復(fù)合粒子不是單個分散狀態(tài)，而是幾個或多個復(fù)合粒子相連的狀態(tài)存在。通過熔融共混工藝制備PP/SiO2-PS復(fù)合材料，對其力學性能進行了分析，結(jié)果表明，當SiO2-PS含量較低（4wt％）時，PP/SiO2-PS復(fù)合材料沖擊強度、拉伸強度和彎曲強度明顯提高，復(fù)合材料缺口沖擊強度提高了80%，說明表面接枝是納米粒子表面處理的有效手段之一。
　　從結(jié)晶行為角度對PP基復(fù)合材料進行了結(jié)晶動力學研究，結(jié)果表明，納米SiO2具有異相成核作

8、用，能夠提高PP的結(jié)晶溫度、熔融溫度和結(jié)晶度。納米SiO2在基體中起到異相成核作用。
　　運用生命周期評價方法比較了PP/SiO2、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）兩種塑料制品的環(huán)境協(xié)調(diào)性，研究結(jié)果表明，PP/SiO2制品生命周期環(huán)境負荷小于ABS制品，客觀地反映了PP/SiO2制品的環(huán)境協(xié)調(diào)性優(yōu)于ABS制品，說明PP/SiO2改性材料替代ABS具有可行性。所得結(jié)論對系統(tǒng)評價和全面改善PP/SiO2體系的環(huán)境影響具有一定的理