C-O-003-原位接枝插层法制备聚丙烯 高岭土纳米复合材料.pdf

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1、原位接枝插层法制备聚丙烯/高岭土纳米复合材料的研究1何慧刘显勇贾德民（华南理工大学材料科学与工程学院，广州，510640）摘要：采用多单体原位接枝插层法制备聚丙烯（PP）/高岭土改性母料，通过熔融共混得到了PP/高岭土纳米复合材料。结果表明，纳米复合材料具有良好的力学性能和热稳定性能，冲击强度得到大幅度提高，改性高岭土和接枝物在PP基体中起到了异相成核剂的作用，诱导了β晶型的生成。关键词：聚丙烯，高岭土，原位接枝插层，纳米复合材料目前有关聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的研究主要集中在聚合物/蒙脱土纳

2、米复合材料。同属于粘土矿物，与蒙脱土相比，高岭土具有化学成分简单、资源丰富、杂质含量少、易于提纯等优点。因此，聚合物/高岭土纳米复合材料会显示出比聚合物/蒙脱土纳米复合材料更加优异的综合性能，具有更好的应用前景。本文采用多单体原位接枝插层法制备PP/高岭土改性母料，再将改性母料与PP熔融共混得到PP/高岭土纳米复合材料，系统深入研究了该纳米复合材料的力学性能、热稳定性能和结晶性能。1.三单体接枝共聚物、改性母料及PP/高岭土纳米复合材料的制备将一定配比的PP粉料、三种单体—马来酸酐（MAH）、苯乙烯

3、（St）、丙烯酰胺（Am）,以二甲苯作为界面活性剂,在自由基引发剂BPO的作用及氮气的保护下,控制反应温度,反应一定时间，反应结束后,洗涤,抽滤,干燥得到三单体接枝共聚物TMPP。将一定比例的PP粉料、二甲苯、甲酰胺、高岭土以及三种单体MAH、苯乙烯St、丙烯酰胺Am和引发剂BPO，常温下溶胀2小时后，在100～120℃、氮气氛围条件下反应1小时，出料，置于60℃度烘箱干燥至恒重，研碎即得到PP/高岭土改性母料。将一定配比的PP粒料、改性母料熔融共混得到PP/高岭土复合材料PLSN-2。2.PP/高

4、岭土纳米复合材料的力学性能原位接枝插层法制备的PP/高岭土纳米复合材料PLSN-2的力学性能较纯聚丙烯、三单体接枝物改性的聚丙烯（PP/TMPP）、三单体接枝物改性的聚丙烯/高岭土复合材料（PLSN-1）都有所提高，特别是冲击强度得到了明显的改善，说明高岭土片层可以通过接枝支链与PP基体很好地结合，在接枝插层过程中，原位形成的PP多单体接枝共聚物改善了高岭土与聚丙烯的相容性，高岭土以纳1国家自然科学基金项目（20304003）、广东省自然科学基金团队项目（39172）资助米尺寸分散在聚丙烯基体树脂中

5、（见图1和图2所示）。Tab.1ThemechanicalpropertiesofPP/kaolinitecomposites2拉伸强度(MPa)弯曲强度(MPa)弯曲模量(GPa)冲击强度（KJ/m）纯PP33.2544.291.365.52PP/TMPP35.8249.051.516.06PLSN-135.5552.081.756.50PLSN-234.9852.341.7811.18PLSN-1PLSN-2Fig.1TheSEMphotographsofPP/kaolincomposites5

6、00n500nmPLSN-1PLSN-2Fig.2TheTEMphotographsofPP/kaolincomposites3.PP/高岭土纳米复合材料的热稳定性能和结晶性能图3是PP及复合材料的热失重曲线。从图中可以看出，纳米复合材料的热稳定性明显优于PP。1001.81.6801.4NeatPP1.2Nanocomposite601.00.8400.6DTG(%/min)weightresidue,wt%aneatPP0.4bnanocomposite20ab0.20.001001502002

7、50300350400450500100200300400500600oTemperature(C)oTemperature,CFig.3TheTGAandDTGcurvesofPPandnanocompositesPPundoUndoNanocompositePPNanocomposite608010012014016018080100120140160180ootemperatureCtemperatureCabFig.4TheDSCcurvesofPPandnanocomposites与PP相

8、比，PP/高岭土纳米复合材料的结晶峰温度提高了10℃左右（如图4所示）。在熔融曲线中（b）可以看到复合材料出现了两个熔融峰，165℃左右的为聚丙烯的α晶熔融峰，150℃左右的熔融峰则为β晶型的熔融峰。这说明改性高岭土和接枝共聚物在PP基体中起到了异相成核剂的作用，诱导了β晶型的生成。由于β晶型PP的粒径小，小球晶的界面结合强度高，裂纹沿小尺寸界面扩展消耗的能量更大，同时，β晶型的层状结构对冲击有缓冲作用，使材料的抗冲击性能大幅度提高。参考文献[1]王绪海，卢旭晨，高岭