聚丙烯/多面体低聚倍半硅氧烷复合材料的制备及性能研究

摘要

聚丙烯(PP)作为最轻的通用塑料，常被用于建材、交通工具、医疗设备和日常生活用品等领域，然而其较容易燃烧和老化，且韧性差和低温脆性明显等缺点影响了应用范围的进一步拓展。为了改善PP的力学、热稳定、阻燃等性能，本文通过国内外文献调研，简述了PP改性方法和纳米粒子多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)研究现状，并利用POSS对其进行改性研究，主要研究内容包括以下几个方面:
　　1.本文首先选取4种具有典型代表性结构的POSS对PP进行改性研究，分别为苯基POSS(B-POSS)、异丁基POSS(Oib-POSS)、八乙烯基POSS(OV-POSS)以及环氧基POSS(G-POSS)。通过熔融共混制备PP/POSS复合材料，并对材料的热性能和力学性能测试。热失重结果表明在POSS同等添加量情况下（2wt％），含有G-POSS和OV-POSS的PP复合材料热稳定性要明显优于Oib-POSS和B-POSS。力学研究表明，G-POSS可以提高PP的延伸率，而B-POSS反而会使PP的延伸率下降;Oib-POSS可以提高PP的强度，其他3种POSS对PP强度的影响则不大。综合比较，选取OV-POSS以及G-POSS为POSS基材，进一步研究PP/POSS复合材料相关性能。
　　2.采用熔融共混的方法制备了PP/OV-POSS和PP/过氧化二异丙苯(DCP)/OV-POSS复合材料，并对两类复合材料的热性能进行比较。结果表明在空气气氛下，PP/OV-POSS复合材料热稳定性能优于PP/DCP/OV-POSS复合材料。再利用Kissinger和Flynn-Wall-Ozawa两种动力学模型从热分解动力学的角度对物理共混复合材料活化能进行了进一步研究，发现OV-POSS可以明显提高PP的热解活化能。
　　3.利用熔融共混的方法制备了PP/G-POSS和PP/马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)/G-POSS复合材料，研究G-POSS和相容剂MAPP含量对复合材料性能的影响。G-POSS的引入提高了PP基体的热氧化稳定性，当加入相容剂MAPP后，G-POSS会和MAPP产生协效作用进一步提升复合材料的热氧化稳定性，并且随着MAPP的增加复合材料的热氧化稳定性能也提高，MAPP含量一定时，复合材料热氧化稳定性随着G-POSS含量的增加而提高，但是G-POSS添加量达到5wt％时，复合材料的热氧化稳定性反而会降低。力学研究表明，G-POSS起到提高PP延伸率，降低PP强度和弹性模量的作用，尤其加入MAPP后这种作用更加明显。用热解光电离飞行时间质谱仪对G-POSS含量为5wt％的PP/G-POSS复合材料进行测试，发现了18种主要热解产物，有包含单烯烃和二烯烃的烯属烃，还有一部分是芳香烃。但是，在热解产物检测结果的谱峰中并未发现硅元素和氧元素，而这两种元素是G-POSS的主要成分，这是因为硅氧两种元素在复合材料热解过程中生成了SiO2和Si-O-C固体残余物，从而没有被载气带到电离室。
　　4.以聚磷酸铵(APP)和成炭剂(CFA)为膨胀阻燃剂(IFR)，其中APP∶CFA=3∶1，G-POSS为协效剂，MAPP为相容剂制备了PP/IFR/G-POSS阻燃复合材料，并对材料进行了氧指数(LOI)和扫描电子显微镜(SEM)测试，测试结果表明，随着G-POSS的含量逐渐增加，阻燃复合材料的LOI值先增大后减小，在2wt％时达到最大值。当在复合材料中加入极少量的交联剂DCP后，发现复合材料的LOI值增加了2.5个点，这是因为DCP可以增加G-POSS与阻燃剂和PP基体的交联程度，使阻燃剂在燃烧时更加稳定，减少挥发量，增加成炭量。

目录

声明

摘要

注释说明清单

1 绪论

1．1 引言

1．2 PP改性简介

1．2．1 PP常用改性方法

1．2．2 PP膨胀阻燃改性介绍

1．3 POSS简介

1．4 POSS的研究应用领域

1．5 PP／POSS复合材料研究进展

1．6 论文研究思路和研究内容

1．6．1 研究思路

1．6．2 研究内容

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 样品制备

2．2．4 结构表征和性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 结构表征分析

2．3．2 热稳定性分析

2．3．3 力学性能分析

2．4 小结

3 PP／OV-POSS复合材料的制备及性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 样品制备

3．2．4 结构表征和性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 结构表征分析

3．3．2 热稳定性分析

3．3．3 力学性能分析

3．3．4 热氧化降解动力学研究

3．4 小结

4 PP／G-POSS复合材料的制备及性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．2．2 实验仪器

4．2．3 样品制备

4．2．4 结构表征和性能测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 结构表征分析

4．3．2 热稳定性分析

4．3．3 力学性能分析

4．3．4 锥形量热测试

4．3．5 Py-PI-TOFMS分析

4．4 小结

5 PP／膨胀阻燃剂／G-POSS复合材料的制备及阻燃性能研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验原料

5．2．2 样品制备

5．2．3 结构表征及性能测试

5．3 结果与讨论

5．3．2 PP／IFR／G-POSS复合材料的SEM分析

5．3．3 DCP对PP／IFR／G-POSS复合材料阻燃性能的影响

5．4 小结

结论

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果