納米SiO2改性聚碳酸亞丙酯的研究.pdf

1、聚碳酸亞丙酯(PPC)是二氧化碳和環(huán)氧丙烷的交替共聚物，具有生物可降解性、生物相容性、透明性和阻隔氧氣等一系列優(yōu)良的性能，在醫(yī)藥材料、農(nóng)用地膜和包裝材料等方面具有較好的應(yīng)用前景。但是其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)較低、熱穩(wěn)定性及力學(xué)性能較差，限制了其規(guī)?；褂?。為了擴(kuò)寬其應(yīng)用范圍需要對(duì)其進(jìn)行改性。本文選用表面結(jié)構(gòu)不同的功能型納米SiO2以及納米硅粉作為填料，采用溶液共混的方法制備了一系列PPC納米復(fù)合材料。通過掃描電鏡(SEM)、紅外光譜(F

2、TIR)、紫外-可見分光光度儀(UV-Vis)、差示掃描量熱(DSC)、熱重分析(TG)、靜態(tài)力學(xué)測(cè)試以及動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析(DMA)對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了研究。具體研究結(jié)果如下:
　　1.環(huán)氧基納米SiO2(RNS-E)對(duì)PPC進(jìn)行改性結(jié)果表明：RNS-E在PPC中分散均勻，RNS-E表面的基團(tuán)與PPC發(fā)生了接枝反應(yīng)，從而使其與PPC具有良好的界面作用。RNS-E對(duì)PPC的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能有一定的改善作用，隨著RNS-E在P

3、PC中含量的增加，復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性逐漸提高，當(dāng)RNS-E的加入量為6％時(shí)，復(fù)合材料的最大熱失重溫度(Tmax)較純PPC提高了13.3℃。復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨著RNS-E含量的變化呈現(xiàn)先遞增后降低的趨勢(shì)，當(dāng)RNS-E的加入量為4%時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度達(dá)到19.7MPa，相當(dāng)于純PPC的2倍。RNS-E的加入對(duì)PPC的透光性影響不大。但是RNS-E的加入使得PPC的Tg出現(xiàn)了輕微的降低，降低了復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量，使得PPC變得更加柔軟

4、。
　　2.對(duì)PPC/氨基納米SiO2(RNS-A)復(fù)合材料的研究結(jié)果表明：RNS-A自身出現(xiàn)了團(tuán)聚現(xiàn)象，其以較大的尺寸分散在PPC中，RNS-A與PPC也發(fā)生了接枝反應(yīng)，使所得復(fù)合材料具有較強(qiáng)的界面作用。RNS-A的加入較好地改善了PPC的熱性能以及力學(xué)性能，隨著RNS-A在PPC中含量的增加，復(fù)合材料的熱性能呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，當(dāng)RNS-A的加入量為6%時(shí)，復(fù)合材料的Tg比純PPC提高了5.4℃，復(fù)合材料的Tmax較純PPC分別提

5、高了11.7℃。在力學(xué)性能方面，隨著RNS-A含量的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)先遞增后逐漸平穩(wěn)，當(dāng)RNS-A的加入量為2%時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度已經(jīng)有了很大程度的提高，隨著含量的增加，增幅并不明顯。當(dāng)RNS-A的加入量為6%時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為35.3MPa，相當(dāng)于純PPC的4倍，RNS-A的加入增加了PPC的儲(chǔ)能模量，提高了PPC的抗變形能力。但是RNS-A的加入降低了PPC的韌性，同時(shí)RNS-A的加入使得PPC的透光性能出現(xiàn)了

6、一定的降低，但在可見光區(qū)域透光率仍然保持在45%以上。
　　3.對(duì)于PPC/甲基納米SiO2(DNS)復(fù)合材料而言，DNS在PPC分散較好，DNS表面裸露的羥基與PPC的端羥基發(fā)生了接枝反應(yīng)，使兩者之間具有較好的界面作用。DNS的加入不僅使PPC具有較好的透光性，而且提高了其熱性能以及力學(xué)性能。隨著DNS含量的增加，復(fù)合材料的熱性能呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)。當(dāng)DNS的加入量為6%時(shí)，復(fù)合材料的Tg與純PPC相比提高了6.4℃，復(fù)合材料的Tm

7、ax較純PPC提高15.4℃。在力學(xué)性能方面，隨著DNS含量的遞增，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)先遞增后逐漸平穩(wěn)的趨勢(shì)，當(dāng)DNS的加入量為2%時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為35.4MPa，相當(dāng)于純PPC的4倍，斷裂伸長(zhǎng)率一直保持在600%以上，復(fù)合材料具有很好的韌性，并且DNS的加入提高了PPC的儲(chǔ)能模量，與純PPC相比提高了1000MPa，提高了PPC的抗變形能力。
　　4.納米硅粉對(duì)PPC進(jìn)行改性的結(jié)果表明：納米硅粉在PPC中分散性較好，

8、且與PPC具有良好的界面作用。納米硅的加入提高了PPC的熱性能以及力學(xué)性能，隨著納米硅粉含量的增加，復(fù)合材料的熱性能呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)納米硅粉的加入量為4%時(shí)，復(fù)合材料的Tg與純PPC相比提高了7.1℃，復(fù)合材料的Tmax較純PPC提高了23.4℃。在力學(xué)性能方面，隨著納米硅粉含量的變化，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)納米硅粉的加入量為4%時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度提高至33.0MPa，相當(dāng)于純PPC的3倍多，但是納米