反應(yīng)性增容制備納米SiO-,2--PP復(fù)合材料的研究.pdf

1、近年來無機納米粒子在填充改性聚丙烯領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，但由于納米粒子比表面積大、表面能高，使納米粒子間極易團聚，而且親水型的納米粒子與疏水型的聚合物相容性差，這會導(dǎo)致納米粒子與基體樹脂的界面作用力變差，很難有效提高復(fù)合材料的綜合性能。通常采用化學(xué)偶聯(lián)或者接枝改性的方法來處理納米粒子，以降低納米粒子的表面能，使其較好地分散在基體樹脂中，但納米粒子與基體的相容性仍未得到實質(zhì)性改善，而反應(yīng)性增容技術(shù)是改善高分子復(fù)合材料的相容性、增強相界面粘接力

2、的有效途徑之一。為此本論文創(chuàng)新性的將反應(yīng)性增容技術(shù)應(yīng)用在納米復(fù)合材料的研究中，通過在納米粒子表面接枝引入含有反應(yīng)性基團的聚合物，使其與反應(yīng)性增容劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，由此改善粒子與基體的相容性，增強界面的作用力，按常規(guī)共混工藝制備出在甚低含量下具有顯著增強增韌效應(yīng)的納米SiO2/PP反應(yīng)性增容復(fù)合材料。 本論文的具體研究內(nèi)容為分別用熔融接枝和輻照接枝改性方法使納米粒子與含雙官能團的反應(yīng)性單體(GMA)發(fā)生接枝反應(yīng)(熔融接枝記為M-Si

3、O2、輻照接枝記為R-SiO2)，并采用熔融改性的方法制備反應(yīng)性增容劑(PP-NH2、POE-NH2)，隨后，使接枝改性的納米粒子與反應(yīng)性增容劑在熔融共混的過程中發(fā)生反應(yīng)而制備納米SiO2/PP復(fù)合材料。用FTIR和TG對反應(yīng)性增容進行了表征，系統(tǒng)研究了反應(yīng)性增容制備復(fù)合材料的力學(xué)性能，同時采用Haake轉(zhuǎn)矩流變儀、高級旋轉(zhuǎn)流變儀、DSC、DMA、SEM分別表征了復(fù)合材料的流變特性、結(jié)晶行為、動態(tài)力學(xué)性能和沖擊斷面，從加工一結(jié)構(gòu)—性能的

4、角度對反應(yīng)性增容納米復(fù)合材料進行研究。 通過反應(yīng)性增容制備納米SiO2/PP復(fù)合材料的研究，本論文得到的主要研究結(jié)果如下： (1)采用偶聯(lián)改性的方法用硅烷偶聯(lián)劑KH570處理納米粒子，在粒子表面引入可參與聚合反應(yīng)的雙鍵。再分別利用熔融接枝和輻照接枝改性的方法，成功地將PGMA均聚物和P(GMA-co-BA)共聚物化學(xué)接枝在納米二氧化硅的表面，利用TG測量得到熔融接枝的接枝率在20％左右。采用熔融改性的方法對PP-g-MA

5、H和POE-g-MAH進行胺化，F(xiàn)TIR和TG的分析證實，在熔融共混過程中，納米二氧化硅接枝PGMA的環(huán)氧基與反應(yīng)性增容劑的胺基之間可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而實現(xiàn)納米粒子和聚合物間的反應(yīng)性增容。 (2)力學(xué)性能測試表明，納米SiO2/PP反應(yīng)性增容復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能比純PP有較大的提高。當(dāng)PP-NH2含量為15wt％時，熔融接枝M-SiO2/PP/PP-NH2反應(yīng)性增容復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能比純PP有較大幅度提高。與純PP和Si

6、O2/PP復(fù)合材料相比，輻照接枝R-SiO2/PP/PP-NH2反應(yīng)性增容復(fù)合材料的機械性能也得到改善，但其綜合力學(xué)性能較M-SiO2/PP/PP-NH2反應(yīng)性增容復(fù)合材料差。當(dāng)POE-NH2含量為10wt％時，熔融接枝M-SiO2/PP/POE-NH2反應(yīng)性增容復(fù)合材料缺口沖擊強度比純即提高約2.5倍，而其它強度和模量都能保持與純PP相近的性能，使M-SiO2/PP/POE-NH2反應(yīng)性增容復(fù)合材料具備均衡的綜合力學(xué)性能。輻照接枝R-

7、SiO2/PP/POE-NH2反應(yīng)性增容復(fù)合材料的沖擊性能比純PP提高2倍，但其綜合力學(xué)性能不如M-SiO2/PP/POE-NH2反應(yīng)性增容復(fù)合材料好。從反應(yīng)性增容劑(PP-NH2、POE-NH2)所制備的復(fù)合材料力學(xué)性能比對可以看出，POE-NH2是更加有效的反應(yīng)性增容劑。 (3)沖擊斷面的SEM形態(tài)觀察可以看到納米SiO2/PP反應(yīng)性增容復(fù)合材料的團聚體尺寸減小，并且均勻地分散在PP基體中，界面結(jié)合狀態(tài)明顯改善，基體樹脂發(fā)生

8、塑性形變，沿裂紋擴展方向樹脂塑性伸展形成大量的微纖，材料呈現(xiàn)韌性斷裂的特征。經(jīng)刻蝕復(fù)合材料中增容劑組分的SEM照片可以說明，SiO2/PP/POE-g-MAH復(fù)合材料中納米SiO2和POE-g-MAH各自獨立分散在基體中，而M-SiO2/PP/POE-NH2反應(yīng)性增容體系的納米粒子則均勻分布在POE-NH2中。輻照接枝R-SiO2/PP/POE-NH2反應(yīng)性增容復(fù)合材料沖擊斷口的形貌圖可以看到復(fù)合材料發(fā)生均勻的塑性形變，但經(jīng)輻照接枝的納

9、米粒子在基體中卻以較大的團聚體存在，納米粒子的分散并沒有明顯改善。 (4)DSC分析表明，納米SiO2/PP反應(yīng)性增容復(fù)合材料能提高PP的結(jié)晶溫度、結(jié)晶速率、結(jié)晶能力和熔點，減小微晶尺寸分布，使結(jié)晶更為規(guī)整，但降低了PP的結(jié)晶度。 (5)流變性能分析表明，納米SiO2/PP反應(yīng)性增容復(fù)合材料由于粒子與基體的界面相互作用加強，提高了體系的粘度，復(fù)合材料中納米粒子與基體的相容性有所改善。 (6)DMA分析表明，納米M