硅灰石填充聚丙烯复合材料的制备与性能研究

发布时间：2017-09-29 16:23

  本文关键词：硅灰石填充聚丙烯复合材料的制备与性能研究

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【摘要】：聚丙烯(PP)是一种在汽车工业、建筑材料、家用电器、农业应用等方面广泛应用的热塑性树脂,采用天然矿物填充聚丙烯可以有效提升其力学性能、降低成本。我们分别使用硅烷偶联剂(KH-570),硬脂酸(SA),硅烷偶联剂与硬脂酸复合改性三种方法对硅灰石进行改性,并将其应用于填充聚丙烯改性,成功制备了力学性能优异的硅灰石/聚丙烯复合材料。主要研究工作如下:首先,优化硅烷偶联剂改性硅灰石的反应条件,实验结果表明:当硅烷偶联剂用量占硅灰石质量的4%,反应体系pH=5,搅拌速度600 r/min,80℃下反应2 h时,硅灰石改性效果最好,所得改性硅灰石水接触角为120.79°。FTIR,TG分析均表明硅烷偶联剂对硅灰石成功进行了改性,改性机理为:硅烷偶联剂首先水解形成硅醇,然后再与硅灰石表面的羟基反应,在硅灰石表面形成一层硅烷偶联剂分子膜,使硅灰石表面由“亲水性”变为“亲油性”。其次,优化了硬脂酸改性硅灰石的反应条件,实验结果表明:当硬脂酸含量为硅灰石质量的2%,反应温度为80℃,反应时间为1 h,搅拌速度为600 r/min时,硅灰石改性效果最好,水接触角达131.35°。与硅烷偶联剂相比,改性效果得到了一定的提升。FTIR,TG分析均表明硬脂酸对硅灰石成功进行了改性,硬脂酸与硅灰石反应生成了硬脂酸盐,并以化学键形式包覆在硅灰石表面。再次,用硅烷偶联剂与硬脂酸复合改性硅灰石,实验结果表明:当硅烷偶联剂占复合改性剂的50%,复合改性剂用量为硅灰石质量的4%,搅拌速度为600 r/min,80℃反应2 h时,所得复合改性硅灰石的水接触角达143.25°,改性效果较单一改性有明显提升,硅灰石的亲油性得到很大提高。FTIR表明硅烷偶联剂与硬脂酸对硅灰石改性均有效,复合改性硅灰石兼具有硅烷偶联剂改性与硬脂酸改性硅灰石各自的特点。最后,通过对比发现,当填料用量为20%时,复合改性硅灰石/聚丙烯复合材料的冲击强度为9.38 kJ?m-2、拉伸强度为33.67 MPa、弯曲强度为45.00 MPa,分别比纯PP提高86.11%、7.43%和22.88%,力学性能最佳,同样复合改性硅灰石/聚丙烯复合材料的维卡软化点也是最高的,达到155.4℃,其热稳定性较纯PP有很大提高。复合材料SEM分析表明,加入改性剂可以提高硅灰石在聚丙烯中的分散性,复合改性在提高硅灰石分散性方面效果优于单一改性。
【关键词】：聚丙烯 硅灰石 改性 力学性能
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ325.14;TB332
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 创新点摘要7-10
• 前言10-11
• 第一章 文献综述11-22
• 1.1 聚丙烯简介11
• 1.2 聚丙烯的改性方法11-16
• 1.2.1 化学改性11-13
• 1.2.1.1 接枝改性11-12
• 1.2.1.2 共聚改性12
• 1.2.1.3 交联改性12-13
• 1.2.2 物理改性13-16
• 1.2.2.1 共混改性13-14
• 1.2.2.2 填充改性14-16
• 1.3 硅灰石的改性方法16-20
• 1.3.1 物理表面改性16
• 1.3.2 化学表面改性16-19
• 1.3.3 机械力化学改性19
• 1.3.4 沉淀反应改性19-20
• 1.3.5 高能表面改性20
• 1.4 硅灰石表面改性效果的表征20-21
• 1.4.1 沉降高度20
• 1.4.2 活化指数20-21
• 1.4.3 界面接触角21
• 1.4.4 粘度21
• 1.5 本文研究的意义及内容21-22
• 第二章 硅灰石改性22-38
• 2.1 实验部分22-24
• 2.1.1 实验原料22-23
• 2.1.2 实验仪器23
• 2.1.3 试样制备23
• 2.1.4 性能表征23-24
• 2.2 结果与讨论24-37
• 2.2.1 KH-570改性硅灰石结果与讨论24-29
• 2.2.1.1 KH-570用量对硅灰石改性效果的影响24
• 2.2.1.2 反应时间对硅灰石改性效果的影响24-25
• 2.2.1.3 反应温度对硅灰石改性效果的影响25-26
• 2.2.1.4 搅拌速度对硅灰石改性效果的影响26
• 2.2.1.5 反应体系pH值对硅灰石改性效果的影响26-27
• 2.2.1.6 红外光谱分析27-28
• 2.2.1.7 TG分析28-29
• 2.2.2 硬脂酸改性硅灰石结果与讨论29-33
• 2.2.2.1 硬脂酸用量对硅灰石改性效果的影响29
• 2.2.2.2 反应时间对硅灰石改性效果的影响29-30
• 2.2.2.3 反应温度对硅灰石改性效果的影响30-31
• 2.2.2.4 搅拌速度对硅灰石改性效果的影响31
• 2.2.2.5 红外光谱分析31-32
• 2.2.2.6 TG分析32-33
• 2.2.3 复合改性硅灰石结果与讨论33-37
• 2.2.3.1 复合改性剂配比对硅灰石改性效果的影响33
• 2.2.3.2 复合改性剂用量对硅灰石改性效果的影响33-34
• 2.2.3.3 反应时间对硅灰石改性效果的影响34-35
• 2.2.3.4 反应温度对硅灰石改性效果的影响35
• 2.2.3.5 搅拌速度对硅灰石改性效果的影响35-36
• 2.2.3.6 红外光谱分析36-37
• 2.3 本章小结37-38
• 第三章 硅灰石填充聚丙烯复合材料的制备与性能38-46
• 3.1 实验部分38-40
• 3.1.1 实验原料38
• 3.1.2 实验仪器及设备38-39
• 3.1.3 硅灰石填充聚丙烯复合材料的制备39
• 3.1.4 性能测试与表征39-40
• 3.2 结果与讨论40-44
• 3.2.1 硅灰石填充量对复合材料冲击强度的影响40-41
• 3.2.2 硅灰石填充量对复合材料拉伸强度的影响41-42
• 3.2.3 硅灰石填充量对复合材料弯曲强度的影响42
• 3.2.4 改性硅灰石对复合材料热稳定性的影响42-43
• 3.2.5 复合材料冲击试样断面的微观形貌43-44
• 3.3 本章小结44-46
• 结论46-47
• 参考文献47-53
• 发表文章目录53-54
• 致谢54-55

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本文编号：943045