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杉木粉表面接枝和杂化及其对聚丙烯复合材料力学性能的影响

吴建利  
【摘要】: 本文通过接枝和杂化方法对杉木粉表面进行改性,重点研究了改性杉木粉对聚丙烯(PP)复合材料力学性能的影响。 主要成果如下: (1)用浓度为18%的NaOH溶液对杉木粉进行处理,利用红外光谱分析(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)和X射线衍射分析(XRD)对处理前后的杉木粉进行了分析。处理后杉木粉在1732cm-1处羰基的特征吸收峰消失,表明杉木粉中脂肪类小分子化合物被溶出;杉木粉纹孔规整有序结构更加清晰,木质纤维素的部分晶体结构和氢键被破坏。 (2)使用甲苯二异氰酸酯(TDI)对杉木粉进行表面改性,并将其用于PP填充。结果表明:在最佳反应条件下,TDI改性杉木粉获得最大增重率,为20.5%;与未改性杉木粉相比,TDI改性杉木粉填充PP复合材料的力学性能明显增加,冲击强度与拉伸强度分别提高了42.5%和59.6%。 (3)以TDI为偶联剂,将自制的纳米二氧化硅杂化到杉木粉表面,制备了SiO2/杉木粉杂化材料,将杂化材料填充聚丙烯,得到了聚丙烯复合材料。通过FTIR、XRD、SEM和透射电子显微镜(TEM)等分析手段,分析了材料的结构与性能。研究结果表明: TDI与木粉中的羟基发生了化学反应,使木粉的相对结晶度从49.3%下降到42.4%;纳米二氧化硅通过化学键或氢键锚固在木粉的表面;杂化材料表面纳米二氧化硅的存在增加了木粉表面的粗糙度,增大了杂化材料与聚丙烯的接触面积,提高了聚丙烯复合材料的冲击强度和拉伸强度。 (4)以TDI为偶联剂,将正辛醇接枝到杉木粉表面,同时考察处理前后杉木粉填充PP复合材料的力学性能。通过FTIR、SEM等方法对材料的结构进行了分析。结果表明:在最佳反应条件下,正辛醇接枝率为6.3%;接枝改性杉木粉/PP复合材料的拉伸强度和冲击强度可分别提高44.3%和65.0%。扫描电镜照片显示正辛醇接枝改性杉木粉在基体中具有良好的分散性。


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