反應性增容改性納米二氧化硅-聚丙烯復合材料的研究.pdf

1、無機納米粒子／聚合物復合材料是當今材料科學研究的熱點之一。該材料的特點在于，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，極易團聚；同時無機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鍵。反應性增容技術(shù)是解決上述問題的有效途徑，但這方面的研究目前仍然較缺乏，對其開展深入研究具有重要的理論和實際意義。

2、 本工作采用溶液接枝的方法對納米SiO2粒子進行表面接枝改性，引入反應性官能團(如PAM)，研究了單體濃度、引發(fā)劑濃度、反應時間、反應溫度等對接枝聚合的影響；并采用常規(guī)的熔融共混方法制備反應性增容SiO2／PP復合材料。為了進一步探索利用反應性增容技術(shù)制備納米粒子增強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、復合材料。利用FTIR和TGA對納米粒子表面的改性效果進行了研究；同時還通過DMA、DSC、XRD、SEM等對所制備復合材料的動態(tài)力學性能、結(jié)晶行為、斷裂面形貌等進行了研究，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)同增強增韌聚丙烯的可行性。 主要研究結(jié)果如下： (1)通過KH570偶聯(lián)劑預處理，獲得了烷基化納米SiO2粒子；并通過水溶液聚合的方法將帶有反應活性官能團的聚丙烯酰胺化學接枝到了納米SiO2表面，接枝率為

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

5、酐的最佳添加量為5wt％；對于三元共混體系，EPDM或SEPDM對PP、改性SiO2／PP復合材料有較強的增韌效果，一定條件下納米SiO2和EPDM表現(xiàn)出協(xié)同增韌的效應，可以有效提高三元復合材料的靜態(tài)拉伸力學韌性。綜合考慮EPDM對靜態(tài)和動態(tài)力學性能各方面的影響，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，反應性增容能極大提高納米SiO2的成核活性，增強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，球晶細化。非等溫結(jié)晶動力學研究表明：在一定降溫速率下，采用Avrami方程對非等溫結(jié)晶過程處理是可行的；改性納米SiO2剛體粒子與EPDM彈性粒子的加入改變了PP成核和生長機理。 (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及其復合材料中晶體的取向有顯著的提高。 (6)反應性增容使PP玻璃化轉(zhuǎn)變溫度移向低溫，改性納米SiO2通過改變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)，使復合材料的儲能模量降低。 (7)SEM觀察發(fā)現(xiàn)，接枝改性后的納米SiO2可以提高其在反應性增容PP復合材料基體的分散程度，