具有核壳结构的CaCO表面包覆改性及其在PP复合材料中的应用

摘要

无机刚性粒子增韧聚合物是具有广泛应用前景的研究领域之一。本论文通过优化界面设计的改性思路，以改善无机填料与聚合物基体的相容性和界而粘结为目的，探究适合于CaCO3表面改性的新方法，使改性剂聚丙烯蜡(PPW)或EPDM能够通过化学键合方式包覆在CaCO3表面，并将其应用于PP的二元、三元体系的填充改性上，以期获得力学性能优良的复合材料。 本学位论文第2章采用课题组专利方法-固相接枝法将PPW固定在CaCO3表面。研究了该固相接枝改性CaCO3(PPW-CaCO3)制备的工艺参数，分析其形成过程。通过溶解实验并结合红外及热重分析结果，证明PPW已经通过化学键合而成功地包覆在CaCO3表面。 第3章和第4章研究了PPW-CaCO3填充PP二元、三元体系的微观结构、综合力学性能、结品性能及流变性能。研究表明：在PP/PPW-CaCO3体系中，PPW-CaCO3与PP的相界面模糊，CaCO3在体系中能达到均匀分散。且PPW-CaCO3在一定程度上可以改善PP体系的结晶性能，故该体系较PP/未改性CaCO3体系具有更好的力学性能和加工流动性能。而在对PP/EPDM/PPW-CaCO3(PPW-CaCO3与PP、EPDM之间为物理缠绕作用)的研究中发现：尽管采用母料法的加工方式，但该三元复合材料最终的相结构受热力学因素影响既存在以EPDM为壳、CaCO3为核的“核壳结构”，又存在CaCO3与EPDM各自独立分敞在PP基体中的结构。PPW-CaCO3填充体系比未改性体系更有利于核壳结构的形成。当EPDM用量为8 phr，PPW-CaCO3用量为15 pht时，复合材料的力学性能最优。 第5章中设计了一种为CaCO3与EPDM之间存在直接化学键合作用的界面结构，它是通过制备EPDM-CaCO3母料而实现的。红外及热重分析证明：在该母料中，EPDM已经成功地与CaCO3表面形成化学键合。将该母料应用于PP后，制得了PP/EPDM-CaCO3复合材料，研究发现材料中CaCO3与EPDM的界面模糊，且存在着大量的EPDM直接包覆CaCO3核壳结构。当EPDM用量为8 phr，CaCO3的填充量为15 phr时，材料的力学性能达最大值。

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摘要

中文文摘

第1章绪论

1.1概述

1.2 PP增韧改性的研究

1.2.1化学改性

1.2.2物理改性

1.3 CaCO3及其表面改性

1.3.1表面活性剂改性

1.3.2偶联剂改性

1.3.3聚合物包覆改性

1.3.4无机电解质分散剂改性

1.4 CaCO3填充改性PP的研究进展

1.4.1表面改性后填充

1.4.2与无机填料共复合

1.4.3与弹性体协同增韧

1.5聚合物的增韧机理

1.5.1弹性体增韧

1.5.2刚性有机粒子增韧

1.5.3刚性无机粒子增韧

1.5.4多元复合体系协同增韧

1.6刚性粒予增韧聚合物的影响因素

1.6.1基体性能

1.6.2界面粘结力

1.6.3粒间基带厚度

1.6.4刚性粒子在基体中的形态

1.7研究热点及方向

1.7.1增韧机理的研究

1.7.2界面的设计

1.8本课题研究内容及创新点

1.8.1立题依据

1.8.2拟研究内容

1.8.3创新点

第2章固相接枝法表面包覆改性CaCO3及其表征

2.1前言

2.2试验部分

2.2.1原料及试剂

2.7.2实验仪器及设备

2.2.3 CaCO3的表面固相接枝改性

2.2.4红外分析

2.2.5热重分析

2.2.6 PPW-CaCO3包覆率的测定

2.3结果与讨论

2.3.1 PPW用量的估计

2.3.2固相接枝反应温度的确定

2.3.3引发剂的选择

2.3.4工艺方法的确定

2.3.5固相接枝法改性CaCO3过程分析

2.3.6 PPW-CaCO3的红外谱图分析

2.3.7 PPW-CaCO3的热重分析

2.4本章小结

第3章CaCO3填充改性PP复合体系的结构与性能研究

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1原料及试剂

3.2.2实验仪器及设备

3.2.3 PP/PPW-CaCO3复合材料的制备

3.2.4力学性能测试

3.2.5结晶行为分析

3.2.6加工流动性能

3.2.7断面形貌分析

3.3结果与讨论

3.3.1 PPW-CaCO3中丙烯酸(AA)用量的确定

3.3.2不同型号及用量的PPW对PP力学性能的影响

3.3.3 PPW-CaCO3的用量对PP力学性能的影响

3.3.4 PP/CaCO3复合材料的非等温结晶行为分析

3.3.5 PP/CaCO3复合材料的等温结晶行为分析

3.3.6 PP/CaCO3复合材料的加工流动性能

3.3.7 CaCO3在PP材料中的分散状况

3.4本章小结

第4章PP/EPDM/CaCO3三元复合材料的相结构及性能研究

4.1前言

4.2实验部分

4.2.1原料及试剂

4.2.2实验仪器及设备

4.2.3材料接触角的测定

4.2.4样品制备

4.2.5断面形貌分析

4.2.6结晶行为分析

4.2.7力学性能测试

4.2.8 JIC的测试

4.3结果与讨论

4.3.1 PPW-CaCO3与PP、EPDM之间的界面及相容性的研究

4.3.2相结构分析

4.3.3断面形貌分析

4.3.4结晶行为分析

4.3.5力学性能的研究

4.3.6断裂韧性JIC值的研究

4.4本章小结

第5章化学键合作用的EPDM/CaCO3界面设计及其在PP中的应用初探

5.1前言

5.2实验部分

5.2.1原料及试剂

5.2.2实验仪器及设备

5.2.3化学键合作用的EPDM/CaCO3母料(简称为EPDM-CaCO3)的制备

5.2.4 PP/EPDM-CaCO3三元复合材料的制备

5.2.5红外分析

5.2.6热重分析

5.2.7断面形貌分析

5.2.8结晶行为分析

5.2.9机械性能测试

5.2.10 JIC的测试

5.3结果与讨论

5.3.1红外光谱分析

5.3.2热重分析

5.3.3断面形貌分析

5.3.4结晶性能分析

5.3.5力学性能

5.3.6断裂韧性JIC值的研究

5.4本章小结

第6章总结

6.1结论

6.2进一步的工作思路及建议

参考文献

攻读学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

个人简历