反應(yīng)性增容改性納米二氧化硅-聚丙烯復(fù)合材料的研究.pdf

1、無(wú)機(jī)納米粒子／聚合物復(fù)合材料是當(dāng)今材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。該材料的特點(diǎn)在于，加入少量的納米填料可明顯提高聚合物的性能。但是由于納米粒子顆粒度小，具有極高的表面能，極易團(tuán)聚；同時(shí)無(wú)機(jī)物與高聚物極性相差很大，相容性差。因此，提高納米粒子在聚合物基體中的分散程度以及增強(qiáng)納米粒子與聚合物之間的界面相互作用是提高此類材料性能的關(guān)鍵。反應(yīng)性增容技術(shù)是解決上述問(wèn)題的有效途徑，但這方面的研究目前仍然較缺乏，對(duì)其開展深入研究具有重要的理論和實(shí)際意義。

2、 本工作采用溶液接枝的方法對(duì)納米SiO2粒子進(jìn)行表面接枝改性，引入反應(yīng)性官能團(tuán)(如PAM)，研究了單體濃度、引發(fā)劑濃度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等對(duì)接枝聚合的影響；并采用常規(guī)的熔融共混方法制備反應(yīng)性增容SiO2／PP復(fù)合材料。為了進(jìn)一步探索利用反應(yīng)性增容技術(shù)制備納米粒子增強(qiáng)增韌聚丙烯的新途徑，本工作還利用類流體原理，將納米SiO2表面接枝季胺鹽，然后與磺化三元乙丙橡膠(SEPDM)以及PP熔融共混，制備了納米SiO2／SEPDM／PP三元

3、復(fù)合材料。利用FTIR和TGA對(duì)納米粒子表面的改性效果進(jìn)行了研究；同時(shí)還通過(guò)DMA、DSC、XRD、SEM等對(duì)所制備復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、結(jié)晶行為、斷裂面形貌等進(jìn)行了研究，探討了利用類流體技術(shù)形成改性納米粒子和彈性體協(xié)同增強(qiáng)增韌聚丙烯的可行性。 主要研究結(jié)果如下： (1)通過(guò)KH570偶聯(lián)劑預(yù)處理，獲得了烷基化納米SiO2粒子；并通過(guò)水溶液聚合的方法將帶有反應(yīng)活性官能團(tuán)的聚丙烯酰胺化學(xué)接枝到了納米SiO2表面，接枝率為

4、27.9％。 (2)利用硅烷和叔胺合成了目標(biāo)產(chǎn)物季胺鹽(QAO)，并通過(guò)化學(xué)鍵接枝到納米SiO2表面，接枝率為25.6％。另外，通過(guò)溶液方法，制備了磺化三元乙丙橡膠。 (3)采用常規(guī)熔融共混工藝，分別制備了反應(yīng)性增容SiO2／PP復(fù)合材料，以及納米SiO2／SEPDM／PP三元復(fù)合材料。力學(xué)性能分析表明，反應(yīng)性增容可有效提高SiO2／PP復(fù)合材料的力學(xué)性能，特別是沖擊性能，達(dá)到了良好的增韌增強(qiáng)效果，增容劑聚丙烯接枝馬來(lái)酸

5、酐的最佳添加量為5wt％；對(duì)于三元共混體系，EPDM或SEPDM對(duì)PP、改性SiO2／PP復(fù)合材料有較強(qiáng)的增韌效果，一定條件下納米SiO2和EPDM表現(xiàn)出協(xié)同增韌的效應(yīng)，可以有效提高三元復(fù)合材料的靜態(tài)拉伸力學(xué)韌性。綜合考慮EPDM對(duì)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能各方面的影響，彈性體EPDM或SEPDM的添加量取6wt％最合適。 (4)結(jié)晶行為研究表明，反應(yīng)性增容能極大提高納米SiO2的成核活性，增強(qiáng)納米粒子的異相成核作用，使結(jié)晶溫度升高，結(jié)

6、晶速率加快，球晶細(xì)化。非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)研究表明：在一定降溫速率下，采用Avrami方程對(duì)非等溫結(jié)晶過(guò)程處理是可行的；改性納米SiO2剛體粒子與EPDM彈性粒子的加入改變了PP成核和生長(zhǎng)機(jī)理。 (5)改性納米SiO2、增容劑、EPDM的加入可使PP的晶型發(fā)生改變，有利于β晶的形成。在拉伸后，PP及其復(fù)合材料中晶體的取向有顯著的提高。 (6)反應(yīng)性增容使PP玻璃化轉(zhuǎn)變溫度移向低溫，改性納米SiO2通過(guò)改變PP的結(jié)晶行為間接影

7、響了PP的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度。EPDM對(duì)PP有很好的增韌作用，且兩者有很好的相容性。由于EPDM的加入，SiO2-g-QAO／EPDM／PP、SiO2-g-QAO／SEPDM／PP復(fù)合材料的低溫韌性得到提高。SEPDM上的磺酸根與SiO2-g-QAO上的抗衡粒子有一定程度的交換，從而表現(xiàn)出了一定的類流體的性質(zhì)，使復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量降低。 (7)SEM觀察發(fā)現(xiàn)，接枝改性后的納米SiO2可以提高其在反應(yīng)性增容PP復(fù)合材料基體的分散程度，