聚丙烯的增强、阻燃及透明化

论文摘要

聚丙烯（PP）是一种发展迅速,应用广泛的热塑性通用塑料,在电气、汽车、建筑、农业等行业都有广泛的应用。但PP存在强度低、低温脆性、易燃烧等缺点,其应用范围受限。因此,如何提高PP的性能对于提高其使用价值,拓宽应用领域有着非常重要的现实意义。本文分别研究了无机纳米粒子增强pp, pp的无卤阻燃改性和弹性体增韧透明PP三类复合体系,深入探讨了不同种类的纳米填料在PP中的协同增强作用、无卤阻燃剂复配阻燃PP以及弹性体对透明PP结晶行为与透明性的影响。（1）在无机纳米粒子增强PP体系中,采用20nm SiO2和50nm CaCO3填充改性PP,分别制备了SiO2/PP、 CaCO3/PP和SiO2/CaCO3/PP三种纳米复合材料,并通过流变学以及热、力学性能分析的方法研究纳米复合材料的微观结构、结晶行为和机械力学性能。重点考察了共填充不同种类不同粒径的纳米粒子在PP基体中的协同作用。结果表明,在共填充纳米CaCO3和纳米Si02的PP复合材料中,纳米粒子表现出较好的分散性。与单独填充纳米CaCO3或纳米Si02的双组份纳米复合材料相比,SiO2/CaCO3/PP的过冷度（△T）更低,半结晶时间（t1/2）更短,球晶尺寸更小。由于共填充改性后,纳米粒子较好的分散性以及复合材料较好的结晶能力,共填充体系表现出更高的弯曲强度和冲击强度。（2）在PP的无卤阻燃改性中,采用苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐（SEBS-g-MAH）为相容剂,研究了氧化锌（ZnO）、尼龙6（PA6）以及聚磷酸铵（APP）对PP的协同阻燃作用,并探讨了填充物对PP力学性能的影响。燃烧性能测试结果表明,填充1%的ZnO可以提高APP/PP体系的阻燃性,而进一步添加PA6可明显提高APP/ZnO/PP体系的阻燃性能,如添加10%的PA6后APP/ZnO/PP体系的极限氧指数（LOI）可提高到36.8%,经SEBS-g-MAH增容后PA6/APP/ZnO/PP体系LOI值可进一步提高至38.9%。残炭形态与组成分析的结果表明,ZnO的加入提高了炭层致密性,而添加PA6后炭层呈现明显的片状致密结构,阻燃体系最终燃烧产物结构不因改性剂种类的变化而变化。ZnO、 PA6和SEBS-g-MAH不仅可以提高APP/PP的阻燃性,而且还可以显著改善APP/PP的机械性能,弥补了因APP的加入而降低PP的力学性能,这为阻燃PP的广泛应用奠定了基础。（3）对于弹性体增韧透明PP体系,首先采用二（3,4-二甲基二苄叉）山梨醇（DMDBS）制备透明PP,然后以苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯（SEBS）弹性体增韧改性DMDBS/PP,并研究SEBS对DMDBS/PP体系的结晶行为、聚集态结构、力学性能和透明性的影响。结晶行为研究表明,SEBS加入后DMDBS/PP的ΔT未发生明显变化,但熔融峰向低温移动且峰形变得尖锐。SEM观察中,DMDBS/PP双组份体系为明显cross-hatched形貌,但SEBS/DMDBS/PP的cross-hatched形貌并不明显,这是因为均匀分散的400-600nm的SEBS（?）目破坏了晶体的cross-hatched结构的形成。广角X射线衍射（WAXD）测试与数据分析结果表明,与SEBS共混后成核PP中出现少量的β晶体,且微晶尺寸与晶面间距变大。SEBS和DMDBS协同改性PP后,透明复合材料表现出良好的韧性、刚性与透明性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 聚丙烯工业概况
• 1.2 聚丙烯的结构、性能及应用
• 1.2.1 均聚聚丙烯的立构规整性及结晶性能
• 1.2.2 聚丙烯共聚物
• 1.2.3 聚丙烯接枝物
• 1.3 聚丙烯的改性
• 1.3.1 聚丙烯的增强增韧改性
• 1.3.1.1 无机纳米填料增强增韧
• 1.3.1.2 纤维增强
• 1.3.1.3 聚丙烯合金材料
• 1.3.1.4 β成核剂的增强增韧作用
• 1.3.2 聚丙烯无卤阻燃改性
• 1.3.2.1 无机阻燃填料
• 1.3.2.2 硅系阻燃剂
• 1.3.2.3 含磷阻燃剂
• 1.3.2.4 磷-氮系阻燃剂
• 1.3.3 透明聚丙烯材料的制备
• 1.3.3.1 双向拉伸
• 1.3.3.2 共混改性
• 1.3.3.3 共聚改性
• 1.3.3.4 茂金属催化生产透明聚丙烯
• 1.3.3.5 添加透明成核剂
• 1.4 选题目的和意义
• 1.5 研究的创新点
• 1.6 参考文献
• 2、纳米CaCO₃共填充改性聚丙烯'>第二章 纳米SiO₂、纳米CaCO₃共填充改性聚丙烯
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.2.1 纳米复合材料的制备
• 2.2.2.2 测试样条的制备
• 2.2.3 测试方法
• 2.2.3.1 流变性能的研究
• 2.2.3.2 TEM观察
• 2.2.3.3 DSC分析
• 2.2.3.4 球晶形态观察
• 2.2.3.5 力学性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 线性粘弹性质
• 2.3.2 DSC
• 2.3.3 POM观察
• 2.3.4 机械力学性能
• 2.4 结论
• 2.5 参考文献
• 第三章 ZnO、PA6及聚磷酸铵（APP）对聚丙烯阻燃性的协同作用研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料与试剂
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.2.1 阻燃材料的制备
• 3.2.2.2 测试样条的制备
• 3.2.3 测试方法
• 3.2.3.1 燃烧性能试验
• 3.2.3.2 拉伸性能测试
• 3.2.3.3 冲击强度测试
• 3.2.3.4 红外吸收光谱
• 3.2.3.5 场发射扫描电子显微镜
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 LOI和UL94分级
• 3.3.2 成炭机理分析
• 3.3.2.1 残炭的FTIR分析
• 3.3.2.2 残炭的形貌分析
• 3.3.3 机械力学性能
• 3.4 结论
• 3.5 参考文献
• 第四章 SEBS对DMDBS/PP结晶行为的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 样品制备
• 4.2.3 DSC分析
• 4.2.4 球晶形态观察（POM）
• 4.2.5 场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）
• 4.2.6 广角X射线衍射（WAXD）测试和数据分析
• 4.2.7 光学性能测试
• 4.2.8 力学性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 结晶行为
• 4.3.1.1 DSC
• 4.3.1.2 晶体形貌与结构
• 4.3.1.3 WAXD表征
• 4.3.2 光学性能测试
• 4.3.3 力学性能测试
• 4.4 结论
• 4.5 参考文献
• 第五章 结论
• 致谢
• 攻读学位期间发表或即将发表的论文
• 发明专利
• 参加会议