幾種聚合物粉體填充改性聚碳酸亞丙酯的研究.pdf

1、如今石油資源短缺、溫室效應與白色污染等一系列問題越來越嚴重，可再生資源與可降解高分子材料成為研究熱點之一。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

2、些結構因素導致其玻璃化轉變溫度較低，力學強度不高。另一方面，PPC在受熱過程中容易發(fā)生解拉鏈的降解反應，熱穩(wěn)定性比較差。這些缺點嚴重限制了其規(guī)?；瘧?。因此，PPC的改性成為研究熱點之一。本文分別采用纖維素粉(CellulosePowder(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

3、(TG)、拉伸測試和動態(tài)熱機械分析（DMA）等對所得復合材料的結構和性能進行了表征測試。取得如下研究結果：
　　(1)首先選用CP對PPC進行了填充改性，考察了CP的粒徑和用量對所得復合材料性能的影響。研究結果發(fā)現(xiàn)，少量的CP在PPC基體中具有較好的分散性，然而當用量大于0.5wt％時，CP出現(xiàn)了團聚現(xiàn)象，CP與PPC基體之間界面粘結較強，二者間沒有明顯的裂紋存在，F(xiàn)TIR的研究進一步表明，CP與 PPC存在氫鍵作用和可能的化學鍵

4、作用。CP能有效提高PPC的熱性能和力學性能。當CP的含量為1wt%時，改性效果最好，DSC測得的復合材料的玻璃化轉變溫度（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)當選用WP為填料時，低含

5、量下，WP在PPC基體中分散性也比較好，當含量大于4wt%時，發(fā)生了團聚現(xiàn)象，WP與PPC之間不僅存在氫鍵作用，而且還可能存在化學鍵作用。熱性能和力學性能的結果表明，WP的引入不僅有效地提高PPC的熱性能，而且提高了其力學性能。當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℃，其拉伸強度、楊氏模量和儲能模量分別從純PPC的21MPa、546MPa、2184

6、MPa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的界面結合較緊密，無明顯裂縫；尼龍6粉與PPC之間界面作用較強，存在氫鍵作用和可能的化學作用。尼龍6的加入使PPC的熱性能和力學強度都得到了有效改善。當尼龍6含量為4wt%時，DSC測得Tg從

7、28.3℃提高至37.6℃；復合材料的 Tmax從243℃提高至263℃；拉伸強度從20MPa提高到37.3MPa，儲能模量從1401MPa提高到2797MPa。然而，尼龍6粉的引入也導致了復合材料韌性的大幅度下降，尼龍6粉含量僅為0.5wt%時，復合材料的斷裂伸長率降至71%左右，當尼龍6粉用量為4wt%時，復合材料的斷裂伸長率降至47%左右。
　　(4)選用與尼龍6及WP結構類似的尼龍3粉對PPC進行改性時，可以取得相對較好的

8、改性效果，當尼龍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；將復合材料中尼龍3抽提并進行紅外測試，測試結果表明，抽提出的尼龍3與純尼龍3相比紅外光譜完全一致，說明

9、尼龍3與PPC之間不存在化學作用。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，可能存在化學作用。聚苯酚能夠大幅度的提高PPC的玻璃化轉變溫度與力學強度，在用量僅為0.25wt%時，復合材料玻璃化轉變溫度即可提高到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的拉伸強度，