PP-PA6-TiO-,2-納米復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、采用納米TiO2改性聚丙烯/聚酰胺6（PP/PA6）共混物既可提升基體材料力學(xué)性能，又能賦予基體材料抗菌等功能。為提高納米TiO2與基體聚合物的相容性并防止其團聚采用了含不同官能團的硅烷偶聯(lián)劑和甲苯-2，4-二異氰酸酯（TDI）對納米TiO2進行表面修飾，通過潤濕性測試對表面修飾效果進行了評價分析，發(fā)現(xiàn)采用TDI表面修飾效果最好。在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)研究了投料比、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間等因素對TDI與納米TiO2表面羥基（-OH）間化學(xué)反應(yīng)的影響

2、；結(jié)果表明，在投料比[TDI]/[-OH]=6：1（mol/mol），反應(yīng)溫度為95℃，反應(yīng)時間為6h時，納米TiO2表面-OH反應(yīng)程度達92.31 mol％。利用紅外光譜（FTIR）和熱失重分析（TGA）對表面修飾納米TiO2進行測試分析表明，TDI以化學(xué)鍵形式連接在納米TiO2表面；此外，還利用透射電鏡（TEM）對TDI修飾納米TiO2觀察發(fā)現(xiàn)，納米TiO2能均勻分散在甲苯中并保持原始尺寸。 通過熔融共混法利用表面修飾納米T

3、iO2表面-NCO與PA6的端氨基（-NH2）和羧基（-COOH）間的化學(xué)反應(yīng)以增強納米TiO2與PP/PA6間的界面作用制備了PP/PA6/TiO2納米復(fù)合材料。對PP/PA6/TiO2納米復(fù)合材料靜態(tài)力學(xué)和動態(tài)力學(xué)性能測試發(fā)現(xiàn)，少量納米TiO2能顯著提高基體材料力學(xué)性能；填充5份大分子增容劑PP-g-MAH和3份表面修飾納米TiO2能使PP/PA6/TiO2納米復(fù)合材料綜合性能達到最優(yōu)；相對PP/PA6共混物其拉伸強度、缺口沖擊強度

4、和彎曲強度分別提高了50.55％、71.84％和52.58％。采用掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）等測試技術(shù)對PP/PA6/TiO2復(fù)合材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)以及納米TiO2的分散狀況進行了研究，發(fā)現(xiàn)PA6以分散相均勻分散在連續(xù)相PP中，納米TiO2主要分散在PA6相以及PP與PA6界面區(qū)域。此外，還發(fā)現(xiàn)納米TiO2和PP-g-MAH加入到PP/PA6共混物中能使分散相PA6相尺寸減小，說明納米TiO2對共混物具有良好的增容作用；在添加納

5、米TiO2的基礎(chǔ)上繼續(xù)添加PP-g-MAH能進一步提升基體材料的力學(xué)性能。 采用DSC方法系統(tǒng)研究了PP/PA6/TiO2納米復(fù)合材料等溫和非等溫結(jié)晶動力學(xué)及其熔融行為。用Avrami方法對等溫結(jié)晶動力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，對非增容復(fù)合材料，納米TiO2加快了PP和PA6相的等溫結(jié)晶速率。結(jié)晶成核理論計算結(jié)果表明納米TiO2促進了PP和PA6相的成核。對增容復(fù)合材料而言，對PP相等溫結(jié)晶性能的影響不大，但納米TiO2能顯著影響PA6相的等

6、溫結(jié)晶行為，由于部分PA6分子鏈接枝了納米TiO2使其運動受到阻礙，使結(jié)晶速率下降，等溫結(jié)晶活化能增大。對等溫結(jié)晶熔融行為研究發(fā)現(xiàn)，所有的PP/PA6/TiO2納米復(fù)合材料中PP相基本上是呈熔融單峰；PA6相呈現(xiàn)多重熔融峰，較高結(jié)晶溫度下表現(xiàn)為雙重熔融峰，較低溫度下表現(xiàn)為三重熔融峰。納米TiO2使熔融峰Ⅰ和Ⅱ的溫度升高，這是因為納米TiO2對PA6具有成核作用，生成更為完善的晶體。熔融峰Ⅲ是更穩(wěn)定晶體熔融的結(jié)果，熔融溫度基本上不隨結(jié)晶溫

7、度而變化。多重熔融峰是由不同尺寸或不同完善程度的晶體在升溫過程中再結(jié)晶和再熔融引起的。非等溫結(jié)晶動力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，納米TiO2對PP和PA6相起到異相成核作用，使結(jié)晶在較高溫度下開始；但納米TiO2的存在又阻礙了結(jié)晶增長使其結(jié)晶速率減慢。低含量時，納米TiO2能降低非等溫結(jié)晶活化能；隨著納米TiO2含量的提高，增容體系中PA6相的活化能有所提高。納米TiO2的存在使結(jié)晶度下降，而結(jié)晶度隨著冷卻速率的提高呈先增加后下降的變化趨勢。這是因為納

8、米TiO2對聚合物的結(jié)晶具有兩方面的影響，一方面對聚合物起到成核作用，另一方面，納米TiO2與聚合物間的相互作用又阻礙了大分子鏈的自由運動。這兩種作用相互競爭，導(dǎo)致結(jié)晶度的這種變化。非等溫結(jié)晶熔融行為發(fā)現(xiàn)PA6相也出現(xiàn)了多重熔融峰，隨降溫速率不同表現(xiàn)為單熔融峰或雙重熔融行為。 對PP/PA6/TiO2納米復(fù)合材料穩(wěn)態(tài)流變和動態(tài)流變性能測試發(fā)現(xiàn)，少量納米TiO2能使PP/PA6/TiO2納米復(fù)合材料熔體黏度下降；在增容體系中添加一

9、定量的納米TiO2使其流動指數(shù)（非牛頓指數(shù)）n值增大，但納米TiO2量超過一定量時，流動指數(shù)n反而又會減小，使PP/PA6/TiO2納米復(fù)合材料的假塑性增強；少量納米TiO2使流活化能降低，熔體黏度對溫度的敏感性下降，這是由于納米TiO2在基體聚合物中分散均勻，對基體聚合物良好的潤滑作用所引起的。動態(tài)流變性能研究發(fā)現(xiàn)，少量納米TiO2使PP/PA6/TiO2納米復(fù)合材料的剪切儲能模量G’，損耗模量G”和復(fù)數(shù)黏度η*都有所提高，由此表明納