本文關(guān)鍵詞：幾種聚合物粉體填充改性聚碳酸亞丙酯的研究

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【摘要】：如今石油資源短缺、溫室效應(yīng)與白色污染等一系列問題越來越嚴(yán)重,可再生資源與可降解高分子材料成為研究熱點(diǎn)之一。聚碳酸亞丙酯(PPC)是一種由二氧化碳(CO2)與環(huán)氧丙烷(PO)共聚而成新型高分子材料,其合成過程中不僅有效地利用了溫室氣體CO2,減少了對石油資源的消耗,而且PPC自身還具有生物相容性、氣體阻隔性等許多優(yōu)良性能,應(yīng)用前景廣闊。然而PPC是由大量的酯基和少量的醚鍵組成,其分子鏈柔性較好,分子間作用力較弱,而且其為非晶材料,這些結(jié)構(gòu)因素導(dǎo)致其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低,力學(xué)強(qiáng)度不高。另一方面,PPC在受熱過程中容易發(fā)生解拉鏈的降解反應(yīng),熱穩(wěn)定性比較差。這些缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了其規(guī)�；瘧�(yīng)用。因此,PPC的改性成為研究熱點(diǎn)之一。本文分別采用纖維素粉(Cellulose Powder(CP))、羊毛粉(Wool Powder(WP))、尼龍6粉、尼龍3粉以及聚苯酚粉體為填料對PPC進(jìn)行溶液填充改性。采用掃描電鏡(SEM)、紅外光譜(FTIR)、差示掃描量熱分析(DSC)、熱重分析(TG)、拉伸測試和動態(tài)熱機(jī)械分析(DMA)等對所得復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征測試。取得如下研究結(jié)果:(1)首先選用CP對PPC進(jìn)行了填充改性,考察了CP的粒徑和用量對所得復(fù)合材料性能的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),少量的CP在PPC基體中具有較好的分散性,然而當(dāng)用量大于0.5wt%時,CP出現(xiàn)了團(tuán)聚現(xiàn)象,CP與PPC基體之間界面粘結(jié)較強(qiáng),二者間沒有明顯的裂紋存在,FTIR的研究進(jìn)一步表明,CP與PPC存在氫鍵作用和可能的化學(xué)鍵作用。CP能有效提高PPC的熱性能和力學(xué)性能。當(dāng)CP的含量為1wt%時,改性效果最好,DSC測得的復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)從28.3℃提高到35.6℃;最大熱分解溫度(Tmax)可從243℃提高到285℃;拉伸強(qiáng)度可從21MPa提高到35MPa左右、儲能模量可由1401MPa提高到2141MPa,且斷裂伸長率為172%左右,仍保持一定的韌性。而且,小粒徑的CP對PPC具有較好的改性效果。(2)當(dāng)選用WP為填料時,低含量下,WP在PPC基體中分散性也比較好,當(dāng)含量大于4wt%時,發(fā)生了團(tuán)聚現(xiàn)象,WP與PPC之間不僅存在氫鍵作用,而且還可能存在化學(xué)鍵作用。熱性能和力學(xué)性能的結(jié)果表明,WP的引入不僅有效地提高PPC的熱性能,而且提高了其力學(xué)性能。當(dāng)WP的含量為2%,改性效果最好,DSC測得的Tg為34.2℃,比純PPC提高了近6℃;Tmax為275℃,比純PPC提高了32℃,其拉伸強(qiáng)度、楊氏模量和儲能模量分別從純PPC的21MPa、546MPa、2184MPa提高到了38MPa、1589MPa與3200MPa,斷裂伸長率則從785%下降到了130%,仍具有一定的韌性。(3)采用尼龍6粉對PPC進(jìn)行改性時,尼龍6粉末可在PPC中良好分散,用量為4wt%時發(fā)生輕微聚集現(xiàn)象,尼龍6粉與PPC的界面結(jié)合較緊密,無明顯裂縫;尼龍6粉與PPC之間界面作用較強(qiáng),存在氫鍵作用和可能的化學(xué)作用。尼龍6的加入使PPC的熱性能和力學(xué)強(qiáng)度都得到了有效改善。當(dāng)尼龍6含量為4wt%時,DSC測得Tg從28.3℃提高至37.6℃;復(fù)合材料的Tmax從243℃提高至263℃;拉伸強(qiáng)度從20MPa提高到37.3MPa,儲能模量從1401MPa提高到2797MPa。然而,尼龍6粉的引入也導(dǎo)致了復(fù)合材料韌性的大幅度下降,尼龍6粉含量僅為0.5wt%時,復(fù)合材料的斷裂伸長率降至71%左右,當(dāng)尼龍6粉用量為4wt%時,復(fù)合材料的斷裂伸長率降至47%左右。(4)選用與尼龍6及WP結(jié)構(gòu)類似的尼龍3粉對PPC進(jìn)行改性時,可以取得相對較好的改性效果,當(dāng)尼龍3粉的含量為1wt%時,其對PPC的綜合改性效果最好,其Tg、Tmax、拉伸強(qiáng)度、儲能模量分別為35℃、259℃、37MPa、3182MPa,相比純PPC分別提高了7℃、15℃、16MPa、1781MPa。但同樣的問題,尼龍3粉的引入導(dǎo)致了PPC韌性的下降。SEM表明尼龍3在PPC基體中分散狀況非常好,無明顯的聚集現(xiàn)象;將復(fù)合材料中尼龍3抽提并進(jìn)行紅外測試,測試結(jié)果表明,抽提出的尼龍3與純尼龍3相比紅外光譜完全一致,說明尼龍3與PPC之間不存在化學(xué)作用。二者之間有氫鍵作用。(5)聚苯酚粉在PPC的分散較好,同樣量少時分散較均勻,當(dāng)含量為1%時發(fā)生較為明顯的聚集現(xiàn)象。FTIR分析表明,二者之間存在氫鍵作用,可能存在化學(xué)作用。聚苯酚能夠大幅度的提高PPC的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與力學(xué)強(qiáng)度,在用量僅為0.25wt%時,復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度即可提高到40.6℃,較純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的拉伸強(qiáng)度,拉伸強(qiáng)度最大可提高到38MPa,提升幅度達(dá)80%,但斷裂伸長率下降幅度較大,用量為0.5wt%時復(fù)合材料的斷裂伸長率從785%降至51%。
【關(guān)鍵詞】：聚碳酸亞丙酯 聚合物粉體 填充 界面作用 性能
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ323.4;TB383.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-40
• 1.1 生物可降解材料簡介12-13
• 1.2 聚碳酸亞丙酯(PPC)13-15
• 1.2.1 PPC的合成13-14
• 1.2.2 PPC的結(jié)構(gòu)與性能14-15
• 1.3 PPC的改性15-27
• 1.3.1 PPC的化學(xué)改性15-17
• 1.3.2 PPC的物理改性17-27
• 1.3.3 有機(jī)小分子改性PPC27
• 1.4 選題依據(jù)與研究內(nèi)容27-29
• 參考文獻(xiàn)29-40
• 2 纖維素粉填充改性聚碳酸亞丙酯的研究40-52
• 2.1 引言40-41
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分41-43
• 2.2.1 主要原料41
• 2.2.2 PPC/CP復(fù)合材料的制備41-42
• 2.2.3 抽提實(shí)驗(yàn)42
• 2.2.4 PPC/CP復(fù)合材料的測試與表征42-43
• 2.3 結(jié)果與討論43-48
• 2.3.1 PPC/CP復(fù)合材料的斷面形貌43
• 2.3.2 PPC與CP之間的界面作用43-44
• 2.3.3 PPC/CP復(fù)合材料的熱性能44-46
• 2.3.4 PPC/CP復(fù)合材料的力學(xué)性能46-48
• 2.4 本章小結(jié)48-49
• 參考文獻(xiàn)49-52
• 3 羊毛粉填充改性聚碳酸亞丙酯的研究52-64
• 3.1 前言52-53
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分53-54
• 3.2.1 原料及試劑53
• 3.2.2 PPC/WP復(fù)合材料的制備53
• 3.2.3 抽提實(shí)驗(yàn)53
• 3.2.4 PPC/WP復(fù)合材料的測試與表征53-54
• 3.3 結(jié)果與討論54-59
• 3.3.1 PPC/WP復(fù)合材料的斷面形貌54-55
• 3.3.2 PPC與WP之間的界面作用55-56
• 3.3.3 PPC/WP復(fù)合材料的熱性能56-58
• 3.3.4 PPC/WP復(fù)合材料的力學(xué)性能58-59
• 3.4 本章小結(jié)59-61
• 參考文獻(xiàn)61-64
• 4 尼龍6粉體填充改性聚碳酸亞丙酯的研究64-76
• 4.1 引言64-65
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分65-66
• 4.2.1 原料與試劑65
• 4.2.2 PPC/尼龍6粉復(fù)合材料的制備65
• 4.2.3 抽提實(shí)驗(yàn)65
• 4.2.4 PPC/尼龍6粉復(fù)合材料的表征測試65-66
• 4.3 結(jié)果與討論66-72
• 4.3.1 PPC/尼龍6粉復(fù)合材料斷面形貌66-67
• 4.3.2 PPC與尼龍6粉之間的界面作用67-68
• 4.3.3 PPC/尼龍6粉復(fù)合材料的熱性能68-70
• 4.3.4 PPC/尼龍6粉復(fù)合材料的力學(xué)性能70-71
• 4.3.5 PPC/尼龍6粉復(fù)合材料的硬度71-72
• 4.4 本章小結(jié)72-73
• 參考文獻(xiàn)73-76
• 5 尼龍3粉體填充改性聚碳酸亞丙酯的研究76-88
• 5.1 引言76-77
• 5.2 PPC/尼龍3粉復(fù)合材料的制備77-78
• 5.2.1 主要原料77
• 5.2.2 尼龍3的合成與處理77
• 5.2.3 PPC/尼龍3粉復(fù)合材料的制備77
• 5.2.4 抽提實(shí)驗(yàn)77-78
• 5.2.5 PPC/尼龍3粉復(fù)合材料的表征測試78
• 5.3 結(jié)果分析與討論78-83
• 5.3.1 PPC/尼龍3粉復(fù)合材料的斷面形貌78-79
• 5.3.2 PPC與尼龍3粉之間的界面作用79-80
• 5.3.3 PPC/尼龍3粉復(fù)合材料的熱性能80-82
• 5.3.4 PPC/尼龍3粉復(fù)合材料的力學(xué)性能82-83
• 5.3.5 PPC/尼龍3粉復(fù)合材料的硬度83
• 5.4 本章小結(jié)83-85
• 參考文獻(xiàn)85-88
• 6 聚苯酚粉體填充改性聚碳酸亞丙酯的研究88-98
• 6.1 引言88
• 6.2 實(shí)驗(yàn)部分88-90
• 6.2.1 原料與試劑88-89
• 6.2.2 PPC/聚苯酚粉復(fù)合材料的制備89
• 6.2.3 離心實(shí)驗(yàn)89
• 6.2.4 PPC/聚苯酚粉復(fù)合材料的表征測試89-90
• 6.3 結(jié)果與討論90-95
• 6.3.1 PPC/ 聚苯酚粉復(fù)合材料的斷面形貌90-91
• 6.3.2 PPC與聚苯酚粉之間的界面作用91
• 6.3.3 PPC/聚苯酚粉復(fù)合材料的熱性能91-93
• 6.3.4 PPC/聚苯酚粉復(fù)合材料的力學(xué)性能93-95
• 6.4 本章小結(jié)95-96
• 參考文獻(xiàn)96-98
• 7 總結(jié)98-100
• 致謝100-102
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果102-103

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 路學(xué)春;林素靜;劉美蓉;陳建新;張治純;;二氧化碳和環(huán)氧化合物共聚催化劑的研究進(jìn)展[J];廣州化工;2016年01期

2 張坤;徐靜;張民;;PPC/PBS包膜尿素膜材料降解特征[J];植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報;2015年03期

3 高維松;;聚丁二酸丁二醇酯(PBS)制備技術(shù)及應(yīng)用前景分析[J];中國高新技術(shù)企業(yè);2015年15期

4 潘莉莎;田政;張政卿;楊欽;陳U，

本文編號：593097