PP-SiO2納米復(fù)合材料的研制及其生命周期評(píng)價(jià).pdf

1、以低成本、環(huán)境負(fù)荷小的聚丙烯（PP）強(qiáng)韌化改性材料替代高成本工程塑料一直是聚丙烯改性的重要目標(biāo)。納米技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用為PP增韌改性提供了一種全新的方法和途徑，但納米粒子表面能高，與聚丙烯極性相差大，難以實(shí)現(xiàn)與聚丙烯的界面相容和納米級(jí)分散，納米粒子表面改性對(duì)提高納米粒子的分散性及增強(qiáng)其與基體間的相容性尤為重要。本論文以納米SiO2為主要填料，根據(jù)納米SiO2表面處理方式的不同，分別制備了偶聯(lián)劑KH570改性的SiO2-KH570和聚苯乙烯

2、（PS）包覆改性的SiO2-PS粒子，并在此基礎(chǔ)上以高性能化為目的，通過(guò)熔融共混工藝制備了PP/SiO2納米復(fù)合材料。重點(diǎn)研究了納米SiO2表面處理方式對(duì)PP復(fù)合材料性能的影響，系統(tǒng)分析了各種復(fù)合體系結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，從結(jié)晶動(dòng)力學(xué)角度分析了納米SiO2增韌PP機(jī)理，并將生命周期評(píng)價(jià)（LCA）應(yīng)用于PP/SiO2復(fù)合材料制品的生產(chǎn)過(guò)程，為PP納米復(fù)合材料生產(chǎn)工藝的選擇和相關(guān)政策法規(guī)的制定提供數(shù)據(jù)參考。
　　以硅烷偶聯(lián)劑KH570表面

3、處理納米SiO2，制備了PP/SiO2-KH570納米復(fù)合材料，通過(guò)FT-IR、TG、DCAT、TEM表征了KH570對(duì)納米SiO2的改性效果。結(jié)合復(fù)合材料力學(xué)性能分析，結(jié)果表明，改性后納米SiO2團(tuán)聚趨勢(shì)減弱，粒徑在100nm以內(nèi)，在納米SiO2-KH570低含量填充（≤4wt％）時(shí)，PP沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等有較大程度的提高，尤其是對(duì)基體的增韌效果最好，缺口沖擊強(qiáng)度提高了60%。以馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）作為相容劑，在配

4、比PP/PP-g-MAH/SiO2=86/10/4時(shí)，PP基復(fù)合材料缺口沖擊強(qiáng)度比純PP提高了1.2倍；復(fù)合材料斷面SEM分析表明，加入PP-g-MAH使納米SiO2與PP相容性得到改善，偶聯(lián)劑KH570與PP-g-MAH協(xié)同作用比單用偶聯(lián)劑對(duì)PP基復(fù)合材料增韌效果好。DSC分析結(jié)果表明，PP-g-MAH作為相容劑使PP/PP-g-MAH/SiO2復(fù)合材料結(jié)晶速率加快，提高了PP/SiO2納米復(fù)合材料的成核能力。
　　通過(guò)熔融共混

5、工藝制備了PP/POE/SiO2復(fù)合材料，確定了POE和納米SiO2-KH570在復(fù)合材料中的最佳配比：當(dāng)納米SiO2-KH570用量4wt%時(shí)、彈性體POE用量15wt%時(shí)，復(fù)合體系沖擊強(qiáng)度比純PP提高了124%，比相同條件下PP/POE復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度提高了11.3%；拉伸強(qiáng)度比純PP降低10.3%，比相同條件下PP/POE復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度提高了16.1%。POE和SiO2-KH570復(fù)合粒子協(xié)同增韌增強(qiáng)作用效果明顯，既克服了由單

6、一彈性體提高韌性同時(shí)降低強(qiáng)度的缺點(diǎn)，又比單獨(dú)用納米SiO2增韌效果好。
　　在偶聯(lián)改性基礎(chǔ)上，用乳液聚合方法制備了粒徑在50nm左右的SiO2-PS復(fù)合粒子，考察了反應(yīng)條件對(duì)聚合反應(yīng)的影響，優(yōu)化并確定乳液聚合最佳的反應(yīng)條件：n(St)/n(SiO2)為1.5/1，引發(fā)劑1.5wt%，苯乙烯單體10wt%，反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)時(shí)間4h。用FTIR、TEM、XPS和TG分表征了SiO2-PS復(fù)合粒子結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明乳液聚合產(chǎn)物基本呈球形

7、結(jié)構(gòu)，復(fù)合粒子不是單個(gè)分散狀態(tài)，而是幾個(gè)或多個(gè)復(fù)合粒子相連的狀態(tài)存在。通過(guò)熔融共混工藝制備PP/SiO2-PS復(fù)合材料，對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，當(dāng)SiO2-PS含量較低（4wt％）時(shí)，PP/SiO2-PS復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度明顯提高，復(fù)合材料缺口沖擊強(qiáng)度提高了80%，說(shuō)明表面接枝是納米粒子表面處理的有效手段之一。
　　從結(jié)晶行為角度對(duì)PP基復(fù)合材料進(jìn)行了結(jié)晶動(dòng)力學(xué)研究，結(jié)果表明，納米SiO2具有異相成核作

8、用，能夠提高PP的結(jié)晶溫度、熔融溫度和結(jié)晶度。納米SiO2在基體中起到異相成核作用。
　　運(yùn)用生命周期評(píng)價(jià)方法比較了PP/SiO2、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）兩種塑料制品的環(huán)境協(xié)調(diào)性，研究結(jié)果表明，PP/SiO2制品生命周期環(huán)境負(fù)荷小于ABS制品，客觀地反映了PP/SiO2制品的環(huán)境協(xié)調(diào)性優(yōu)于ABS制品，說(shuō)明PP/SiO2改性材料替代ABS具有可行性。所得結(jié)論對(duì)系統(tǒng)評(píng)價(jià)和全面改善PP/SiO2體系的環(huán)境影響具有一定的理