納米材料改善PP-R樹脂性能研究.pdf

1、PP-R管材具有出色的耐高壓、耐高低溫性能，是目前國際管材發(fā)展史上最新發(fā)展起來的一種建筑用管材，特別是在供水管的應(yīng)用上已超過了鋁塑復(fù)合管。PP-R樹脂是生產(chǎn)PP-R管材的主要原料，具有較好的耐熱性，其維卡軟化溫度為131．5℃，最高工作溫度可達95℃，長期（50年1．0Mpa下）使用溫度一般可達70℃，能夠完全滿足一般條件下的輸水要求。但是PP-R樹脂高溫（95℃時）熱膨脹較大，其線膨脹系數(shù)在1．5×10<'-4>以上，在某些特殊情況下

2、（如冬天北方地區(qū)的熱水、暖氣等的輸送），當(dāng)輸送介質(zhì)的溫度超過100℃時，就會產(chǎn)生形變，甚至管道破裂現(xiàn)象。此外，PP-R材料的抗菌性能較弱，也是一個缺點。 納米粒子是一種奇異的新型超細固體材料。由于納米粒子的超細化，其晶體結(jié)構(gòu)和表面電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了普通粒子所不具有的特殊效應(yīng)。納米粒子與PP-R樹脂的有機結(jié)合，不但可有效增強樹脂性能，如強度、韌性等，而且可以起到有效的滅菌作用。因此，研究采用超微粒子改善PP-R樹脂性能，特

3、別是力學(xué)性能、耐熱性能和抗菌性能，使材料滿足溫度超過100℃介質(zhì)的輸送和環(huán)境保護的要求，是當(dāng)前材料與環(huán)境協(xié)調(diào)研究領(lǐng)域內(nèi)的前沿課題，具有十分顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。 本研究針對PP-R樹脂應(yīng)用過程中耐熱、抗菌等性能不足等缺點，分別以納米CaCO<,3>、納米TiO<,2>、ZnO晶須和ZnO晶須／納米TiO<,2>復(fù)合粒子為添加劑來改善其性能。文章系統(tǒng)論述了納米粒子的改性機理、工藝條件，以及改性后的納米粒子對PP-R樹脂耐熱性性

4、能、力學(xué)性能以及抗菌性等的影響，通過掃描電鏡觀察了材料的斷面以及粒子在基體中的分散狀況。取得了以下主要研究成果： 1、分別對能夠有效改善塑料性能的納米TiO<,2>、納米CaCO<,3>和氧化鋅晶須進行了表面改性研究。結(jié)果表明：使用1.5％的JN-36偶聯(lián)劑、乳化溫度60℃、乳化時間60min和保溫時間45min對應(yīng)的改性納米CaCO<,3>粒子比表面積最大，沉降體積最小，納米粒子的分散性能最好；在對納米二氧化鈦粒子進行包膜改性

5、研究中，發(fā)現(xiàn)最佳包膜改性方式是硅鋁復(fù)合包膜，包膜劑的適合用量是納米TiO<,2>粒子重量的6％；在對氧化鋅晶須改性實驗中，KH-560偶聯(lián)劑的改性效果最好，其適宜加入量為0.5％。 2、在采用經(jīng)硅鋁復(fù)合包膜改性處理后的納米TiO<,2>粒子為添加劑來改善PP-R樹脂性能的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)改性納米TiO<,2>的添加量在3～5％時，PP-R材料的熱變形溫度由72℃提高到91℃，其斷裂伸長率也由45％提高到91％；銳鈦型納米二氧化鈦的

6、加入，不僅可以改善材料的力學(xué)性能和熱變形溫度，還可以有效改善材料的抗菌性能，當(dāng)銳鈦型納米二氧化鈦的添加量在3～5％時，材料的滅菌率達99％。 3、采用經(jīng)0.5％KH560偶聯(lián)劑改性的氧化鋅晶須為添加劑來改善PP-R樹脂性能。研究表明：當(dāng)改性氧化鋅晶須的添加量在6％時，PP-R樹脂的熱變形溫度由72℃提高到102℃，提高30℃，斷裂伸長率也由45％提高到114％，提高了一倍以上；發(fā)現(xiàn)納米氧化鋅的加入，不僅可以改善材料的力學(xué)性能和熱

7、變形溫度，還可以改善材料的抗菌性能，當(dāng)ZnO晶須的加入量為6％時，材料的滅菌率可達71％。 4、采用經(jīng)1.5％JN-36偶聯(lián)劑改性后的納米CaCO<，3>粒子為添加劑來改善PP-R樹脂的性能，結(jié)果表明：當(dāng)納米CaCO<,3>粒子的添加量在樹脂重量的4％時，PP-R樹脂的熱變形溫度由72℃提高到86℃，斷裂伸長率也由45％提高到89％，而納米CaCO<,3>粒子的加入，對材料的抗菌性能沒有明顯的影響。 5、分別采用4％的納

8、米TiO2、納米CaCO<,3>和ZnO晶須三種納米粒子來改善PP-R樹脂的改性，并對改性結(jié)果進行了比較。結(jié)果表明：三種納米粒子都可以不同層度地改善PP-R樹脂的性能，但改善的重點不一樣。在改善樹脂的耐熱性能和力學(xué)性能方面，氧化鋅晶須的效果最為理想，當(dāng)晶須添加量為4％，其熱變形溫度可提高20℃以上，達96℃，斷裂伸長率提高一倍以上；其次是納米TiO<,2>，而納米CaCO<,3>的改性效果最差。銳鈦性納米TiO<,2>在改善樹脂抗菌性能

9、方面最有優(yōu)勢，當(dāng)納米TiO<,2>的添加量為4％時，材料的抗菌性能可由20％提高到99％，而納米CaCO<,3>的加入對樹脂的抗菌性能幾乎沒有影響。 6、采用ZnO晶須／納米TiO<,2>復(fù)合粒子為添加劑來改善PP-R樹脂性能，改性后的復(fù)合材料既具有良好的耐熱性能和力學(xué)性能，同時具有良好的抗菌性能。當(dāng)氧化鋅晶須的添加量為5％、納米TiO<,2>粒子的添加量在0.5％時，PP-R樹脂的熱變形溫度由72℃提高到101℃，提高29℃；

10、材料的斷裂伸長率由45％提高到113％，提高了1倍以上；材料的抗菌性能也有20％提高到99％。 ZnO晶須，納米TiO<,2>復(fù)合粒子在改善PP-R樹脂性能，特別是在改善PP-R樹脂的力學(xué)性能、耐熱性能和抗菌性能方面具有顯著作用，當(dāng)氧化鋅晶須的添加量為5％、納米TiO<,2>粒子的添加量為0.5％時，經(jīng)復(fù)合粒子改性后的樹脂的熱變形溫度達101℃，斷裂伸長率由45％提高到113％，滅菌率達99％，既可滿足對高溫介質(zhì)的輸送要求，又可