几种聚合物粉体填充改性聚碳酸亚丙酯的研究

发布时间：2017-07-30 07:31

  本文关键词：几种聚合物粉体填充改性聚碳酸亚丙酯的研究

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【摘要】：如今石油资源短缺、温室效应与白色污染等一系列问题越来越严重,可再生资源与可降解高分子材料成为研究热点之一。聚碳酸亚丙酯(PPC)是一种由二氧化碳(CO2)与环氧丙烷(PO)共聚而成新型高分子材料,其合成过程中不仅有效地利用了温室气体CO2,减少了对石油资源的消耗,而且PPC自身还具有生物相容性、气体阻隔性等许多优良性能,应用前景广阔。然而PPC是由大量的酯基和少量的醚键组成,其分子链柔性较好,分子间作用力较弱,而且其为非晶材料,这些结构因素导致其玻璃化转变温度较低,力学强度不高。另一方面,PPC在受热过程中容易发生解拉链的降解反应,热稳定性比较差。这些缺点严重限制了其规模化应用。因此,PPC的改性成为研究热点之一。本文分别采用纤维素粉(Cellulose Powder(CP))、羊毛粉(Wool Powder(WP))、尼龙6粉、尼龙3粉以及聚苯酚粉体为填料对PPC进行溶液填充改性。采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、差示扫描量热分析(DSC)、热重分析(TG)、拉伸测试和动态热机械分析(DMA)等对所得复合材料的结构和性能进行了表征测试。取得如下研究结果:(1)首先选用CP对PPC进行了填充改性,考察了CP的粒径和用量对所得复合材料性能的影响。研究结果发现,少量的CP在PPC基体中具有较好的分散性,然而当用量大于0.5wt%时,CP出现了团聚现象,CP与PPC基体之间界面粘结较强,二者间没有明显的裂纹存在,FTIR的研究进一步表明,CP与PPC存在氢键作用和可能的化学键作用。CP能有效提高PPC的热性能和力学性能。当CP的含量为1wt%时,改性效果最好,DSC测得的复合材料的玻璃化转变温度(Tg)从28.3℃提高到35.6℃;最大热分解温度(Tmax)可从243℃提高到285℃;拉伸强度可从21MPa提高到35MPa左右、储能模量可由1401MPa提高到2141MPa,且断裂伸长率为172%左右,仍保持一定的韧性。而且,小粒径的CP对PPC具有较好的改性效果。(2)当选用WP为填料时,低含量下,WP在PPC基体中分散性也比较好,当含量大于4wt%时,发生了团聚现象,WP与PPC之间不仅存在氢键作用,而且还可能存在化学键作用。热性能和力学性能的结果表明,WP的引入不仅有效地提高PPC的热性能,而且提高了其力学性能。当WP的含量为2%,改性效果最好,DSC测得的Tg为34.2℃,比纯PPC提高了近6℃;Tmax为275℃,比纯PPC提高了32℃,其拉伸强度、杨氏模量和储能模量分别从纯PPC的21MPa、546MPa、2184MPa提高到了38MPa、1589MPa与3200MPa,断裂伸长率则从785%下降到了130%,仍具有一定的韧性。(3)采用尼龙6粉对PPC进行改性时,尼龙6粉末可在PPC中良好分散,用量为4wt%时发生轻微聚集现象,尼龙6粉与PPC的界面结合较紧密,无明显裂缝;尼龙6粉与PPC之间界面作用较强,存在氢键作用和可能的化学作用。尼龙6的加入使PPC的热性能和力学强度都得到了有效改善。当尼龙6含量为4wt%时,DSC测得Tg从28.3℃提高至37.6℃;复合材料的Tmax从243℃提高至263℃;拉伸强度从20MPa提高到37.3MPa,储能模量从1401MPa提高到2797MPa。然而,尼龙6粉的引入也导致了复合材料韧性的大幅度下降,尼龙6粉含量仅为0.5wt%时,复合材料的断裂伸长率降至71%左右,当尼龙6粉用量为4wt%时,复合材料的断裂伸长率降至47%左右。(4)选用与尼龙6及WP结构类似的尼龙3粉对PPC进行改性时,可以取得相对较好的改性效果,当尼龙3粉的含量为1wt%时,其对PPC的综合改性效果最好,其Tg、Tmax、拉伸强度、储能模量分别为35℃、259℃、37MPa、3182MPa,相比纯PPC分别提高了7℃、15℃、16MPa、1781MPa。但同样的问题,尼龙3粉的引入导致了PPC韧性的下降。SEM表明尼龙3在PPC基体中分散状况非常好,无明显的聚集现象;将复合材料中尼龙3抽提并进行红外测试,测试结果表明,抽提出的尼龙3与纯尼龙3相比红外光谱完全一致,说明尼龙3与PPC之间不存在化学作用。二者之间有氢键作用。(5)聚苯酚粉在PPC的分散较好,同样量少时分散较均匀,当含量为1%时发生较为明显的聚集现象。FTIR分析表明,二者之间存在氢键作用,可能存在化学作用。聚苯酚能够大幅度的提高PPC的玻璃化转变温度与力学强度,在用量仅为0.25wt%时,复合材料玻璃化转变温度即可提高到40.6℃,较纯PPC相比提高了近12℃,而少量的聚苯酚(0.05wt%)即可大幅度提高PPC的拉伸强度,拉伸强度最大可提高到38MPa,提升幅度达80%,但断裂伸长率下降幅度较大,用量为0.5wt%时复合材料的断裂伸长率从785%降至51%。
【关键词】：聚碳酸亚丙酯 聚合物粉体 填充 界面作用 性能
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ323.4;TB383.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-40
• 1.1 生物可降解材料简介12-13
• 1.2 聚碳酸亚丙酯(PPC)13-15
• 1.2.1 PPC的合成13-14
• 1.2.2 PPC的结构与性能14-15
• 1.3 PPC的改性15-27
• 1.3.1 PPC的化学改性15-17
• 1.3.2 PPC的物理改性17-27
• 1.3.3 有机小分子改性PPC27
• 1.4 选题依据与研究内容27-29
• 参考文献29-40
• 2 纤维素粉填充改性聚碳酸亚丙酯的研究40-52
• 2.1 引言40-41
• 2.2 实验部分41-43
• 2.2.1 主要原料41
• 2.2.2 PPC/CP复合材料的制备41-42
• 2.2.3 抽提实验42
• 2.2.4 PPC/CP复合材料的测试与表征42-43
• 2.3 结果与讨论43-48
• 2.3.1 PPC/CP复合材料的断面形貌43
• 2.3.2 PPC与CP之间的界面作用43-44
• 2.3.3 PPC/CP复合材料的热性能44-46
• 2.3.4 PPC/CP复合材料的力学性能46-48
• 2.4 本章小结48-49
• 参考文献49-52
• 3 羊毛粉填充改性聚碳酸亚丙酯的研究52-64
• 3.1 前言52-53
• 3.2 实验部分53-54
• 3.2.1 原料及试剂53
• 3.2.2 PPC/WP复合材料的制备53
• 3.2.3 抽提实验53
• 3.2.4 PPC/WP复合材料的测试与表征53-54
• 3.3 结果与讨论54-59
• 3.3.1 PPC/WP复合材料的断面形貌54-55
• 3.3.2 PPC与WP之间的界面作用55-56
• 3.3.3 PPC/WP复合材料的热性能56-58
• 3.3.4 PPC/WP复合材料的力学性能58-59
• 3.4 本章小结59-61
• 参考文献61-64
• 4 尼龙6粉体填充改性聚碳酸亚丙酯的研究64-76
• 4.1 引言64-65
• 4.2 实验部分65-66
• 4.2.1 原料与试剂65
• 4.2.2 PPC/尼龙6粉复合材料的制备65
• 4.2.3 抽提实验65
• 4.2.4 PPC/尼龙6粉复合材料的表征测试65-66
• 4.3 结果与讨论66-72
• 4.3.1 PPC/尼龙6粉复合材料断面形貌66-67
• 4.3.2 PPC与尼龙6粉之间的界面作用67-68
• 4.3.3 PPC/尼龙6粉复合材料的热性能68-70
• 4.3.4 PPC/尼龙6粉复合材料的力学性能70-71
• 4.3.5 PPC/尼龙6粉复合材料的硬度71-72
• 4.4 本章小结72-73
• 参考文献73-76
• 5 尼龙3粉体填充改性聚碳酸亚丙酯的研究76-88
• 5.1 引言76-77
• 5.2 PPC/尼龙3粉复合材料的制备77-78
• 5.2.1 主要原料77
• 5.2.2 尼龙3的合成与处理77
• 5.2.3 PPC/尼龙3粉复合材料的制备77
• 5.2.4 抽提实验77-78
• 5.2.5 PPC/尼龙3粉复合材料的表征测试78
• 5.3 结果分析与讨论78-83
• 5.3.1 PPC/尼龙3粉复合材料的断面形貌78-79
• 5.3.2 PPC与尼龙3粉之间的界面作用79-80
• 5.3.3 PPC/尼龙3粉复合材料的热性能80-82
• 5.3.4 PPC/尼龙3粉复合材料的力学性能82-83
• 5.3.5 PPC/尼龙3粉复合材料的硬度83
• 5.4 本章小结83-85
• 参考文献85-88
• 6 聚苯酚粉体填充改性聚碳酸亚丙酯的研究88-98
• 6.1 引言88
• 6.2 实验部分88-90
• 6.2.1 原料与试剂88-89
• 6.2.2 PPC/聚苯酚粉复合材料的制备89
• 6.2.3 离心实验89
• 6.2.4 PPC/聚苯酚粉复合材料的表征测试89-90
• 6.3 结果与讨论90-95
• 6.3.1 PPC/ 聚苯酚粉复合材料的断面形貌90-91
• 6.3.2 PPC与聚苯酚粉之间的界面作用91
• 6.3.3 PPC/聚苯酚粉复合材料的热性能91-93
• 6.3.4 PPC/聚苯酚粉复合材料的力学性能93-95
• 6.4 本章小结95-96
• 参考文献96-98
• 7 总结98-100
• 致谢100-102
• 攻读学位期间的研究成果102-103

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 路学春;林素静;刘美蓉;陈建新;张治纯;;二氧化碳和环氧化合物共聚催化剂的研究进展[J];广州化工;2016年01期

2 张坤;徐静;张民;;PPC/PBS包膜尿素膜材料降解特征[J];植物营养与肥料学报;2015年03期

3 高维松;;聚丁二酸丁二醇酯(PBS)制备技术及应用前景分析[J];中国高新技术企业;2015年15期

4 潘莉莎;田政;张政卿;杨钦;陈U，

本文编号：593097