【摘要】：聚丙烯(PP)具有質(zhì)輕、比強度高、耐熱與耐腐蝕等優(yōu)異的性能,是替代金屬基外殼材料的首選。然而,其光澤度較低,揮發(fā)性有機化合物(VOC)含量較高,阻礙了其在家電、汽車裝飾、日用品等領(lǐng)域的應(yīng)用。因此,迫切需要開發(fā)一種環(huán)境相容的、適應(yīng)不同應(yīng)用環(huán)境的、高光澤低氣味的聚丙烯材料,以滿足其在家電、汽車裝飾、日用品等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。本文采用熔融共混和納米復(fù)合技術(shù),以聚丙烯EPZ30R為基料,采用向基體中引入相容性好、成核效果優(yōu)異的α成核劑以及吸附、光解作用較好的除味劑等功能填料,制備出了具有高光澤低氣味性能的聚丙烯材料,在有效提高其力學(xué)性能的基礎(chǔ)上,大幅度改善材料的光澤度與氣味性能,并賦予聚丙烯材料的結(jié)構(gòu)和光澤氣味性能的智能可控性。研究了成核劑和除味劑對聚丙烯微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響,考察了聚丙烯材料在不同制備工藝條件下微觀結(jié)構(gòu)和性能的變化,揭示了基礎(chǔ)樹脂的微觀結(jié)構(gòu)與光澤性能之間的關(guān)系,結(jié)合成核劑的成核機理與除味劑的吸附、光解效應(yīng),分析了影響PP光澤度與氣味的物理機制。在此基礎(chǔ)上,從聚丙烯材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計入手,發(fā)展了幾種高光澤低氣味及性能智能可控的聚丙烯材料,提高我國在該領(lǐng)域的國際競爭力,滿足了我國家電、汽車裝飾、日用品等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芫郾┎牧系钠惹行枨蟆Ｖ饕芯績?nèi)容與研究結(jié)果如下:(1)采用EPZ30R與EP548N為基礎(chǔ)樹脂,研究了連續(xù)相與分散相的相容性與光澤度的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明:EPZ30R中連續(xù)相與分散相的分子量分布(MWD)較窄,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)之差較小,橡膠相尺寸較小與分布較均勻,乙烯含量與橡膠相含量低,使得光澤度較高,綜合性能優(yōu)于EP548N�；A(chǔ)樹脂中的連續(xù)相與分散相的相容性好,有助于PP表面平整度的提高,進而改善PP的光澤度。(2)采用α成核劑HPN-20E、EPX715與NX8000對PP的光澤度進行改性研究,制備了光澤度較高的EPZ30R材料。結(jié)果表明:HPN-20E改性EPZ30R的晶核密度較大,結(jié)晶速率最快,結(jié)晶度較大,光澤度較高,模量大,熱變形溫度高,氣味較低,綜合性能良好。成核劑可以細(xì)化PP的球晶尺寸,使得球晶的尺寸小于可見光波長,減弱了PP對光的散射與折射作用,提高了反射光的光通量,從而提高PP的光澤度。再采用上一步實驗優(yōu)選的HPN-20E,按照0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%與0.08%的添加配方,制備了高光澤EPZ30R材料。結(jié)果表明:當(dāng)HPN-20E的用量為0.07%時,PP的晶核密度大、晶粒尺寸小,結(jié)晶速率快,結(jié)晶度大,光澤度高,模量大,熱變形溫度高。適量的HPN-20E在PP基體中分散得更加均勻,對PP光澤度的提升效果更佳的顯著。(3)首先采用表面改性劑KH570對nano-ZnO進行表面改性處理,制備了改性nano-ZnO粉體。結(jié)果可知:改性nano-ZnO的接觸角為151.35°,基本未出現(xiàn)二次團聚現(xiàn)象,-OH峰也明顯減弱,說明改性效果明顯。改性nano-ZnO的極性越低,在PP基體中的分散得越均勻,有利于PP光澤度的改善。其次,采用自制改性nano-ZnO除味劑、硅酸鹽除味劑與商品分子篩除味劑,制備了低氣味EPZ30R材料。結(jié)果表明:自制改性nano-ZnO除味劑改性PP的氣味等級降低了1.50,光澤度也較高,改性效果較佳。改性nano-ZnO的比表面積較大時,可以吸附更多的VOC(Volatile Organic Compounds)小分子,同時將小分子光解成CO_2和H_2O等基本無害的物質(zhì),通過自然揮發(fā)或者抽真空等方式使其排出PP基體,達到永久去除PP中氣味的目的。最后,采用HPN-20E與nano-ZnO復(fù)配的改性劑,按照一定的比例與用量,制備了高光澤低氣味EPZ30R材料。結(jié)果表明:當(dāng)HPN-20E與改性nano-ZnO的比例為2/3,總用量為0.10%時,EPZ30R的VOC、霧度(FOG)值較小,氣味等級低,晶核密度大、晶粒尺寸小,結(jié)晶速率快,光澤度高,力學(xué)性能基本不變。HPN-20E與改性nano-ZnO對PP光澤度與氣味性能的改善具有協(xié)同作用。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ325.14
【圖文】：

[62]使用磷酸鋰成核劑（NA03）改性 iPP，機理圖見圖 1.2，當(dāng)用PP 的結(jié)晶峰溫度從 113.8℃增加到 127.4℃，球晶尺寸顯著降低，5.26%，成核速率增大，改善 PP 的光澤度與透光率性能。主要由于 過 Li-O 鍵形成聚合物鏈，晶體結(jié)構(gòu)通過分子間氫鍵作用變得更加3 晶胞內(nèi)的 a 軸長度約為 iPP 晶胞胞棱長度的 2 倍（如圖 1.2 所的低失配率，處于主相與客相晶格匹配的上限范圍之內(nèi)[59]，可以匹配性能，PP 的光澤度性能改善效果較好。ang 等[63]采用 0.20%的磷酸鹽成核劑（NA-21）改性 iPP，結(jié)果表，添加 NA-21 可以顯著提高 PP 的結(jié)晶速率，且結(jié)晶活化ol 降低到 369.00 kJ/mol，對 PP 具有較好的成核作用，有效改善 。[64]等采用磷酸鹽成核劑改性 PP 的霧度，結(jié)果可得：成核劑對 PP圖 1.1 成核劑 NA-11 與等規(guī)PP 之間的附生結(jié)晶關(guān)系圖[61]圖 1.2 成核劑 NA03 與等規(guī)PP 之間的附生結(jié)晶關(guān)系圖[62]

[62]使用磷酸鋰成核劑（NA03）改性 iPP，機理圖見圖 1.2，當(dāng)用PP 的結(jié)晶峰溫度從 113.8℃增加到 127.4℃，球晶尺寸顯著降低，5.26%，成核速率增大，改善 PP 的光澤度與透光率性能。主要由于 過 Li-O 鍵形成聚合物鏈，晶體結(jié)構(gòu)通過分子間氫鍵作用變得更加3 晶胞內(nèi)的 a 軸長度約為 iPP 晶胞胞棱長度的 2 倍（如圖 1.2 所的低失配率，處于主相與客相晶格匹配的上限范圍之內(nèi)[59]，可以匹配性能，PP 的光澤度性能改善效果較好。ang 等[63]采用 0.20%的磷酸鹽成核劑（NA-21）改性 iPP，結(jié)果表，添加 NA-21 可以顯著提高 PP 的結(jié)晶速率，且結(jié)晶活化ol 降低到 369.00 kJ/mol，對 PP 具有較好的成核作用，有效改善 。[64]等采用磷酸鹽成核劑改性 PP 的霧度，結(jié)果可得：成核劑對 PP圖 1.1 成核劑 NA-11 與等規(guī)PP 之間的附生結(jié)晶關(guān)系圖[61]圖 1.2 成核劑 NA03 與等規(guī)PP 之間的附生結(jié)晶關(guān)系圖[62]

EP548N 的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度對比圖。圖 2.1 EPZ30R 與 EP548N 的 tan 對溫度的響應(yīng)對比譜圖圖 2.1 表示 EPZ30R 與 EP548N 的損耗角正切對溫度的響應(yīng)關(guān)系。在玻璃化轉(zhuǎn)變范圍內(nèi)，損耗角正切呈現(xiàn)一個極大值，此溫度為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）。如圖 2.1 所示，EPZ30R 與 EP548N 的曲線均出現(xiàn)兩個 Tg，低溫為分散相的 Tg，高溫為連續(xù)相的 Tg。兩相的△Tg 大小反映相容性的優(yōu)劣，同時，△Tg 越小，連續(xù)相與分散相的界面粘接力大，兩相的相容性好，材料對光的反射作用較明顯，因而光澤度提高。分散相的尺寸更小

【參考文獻】

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本文編號：2798505