纳米SiO_2包覆硅灰石粉填充改性聚丙烯的研究

【摘要】：本论文研究设计了六种硅灰石填料对聚丙烯进行填充改性,研究了不同表面特性的硅灰石对聚丙烯力学性能、界面效应和结晶行为等的影响。 本着对矿物填料表面形貌进行控制设计的目的,提出了用纳米级无机颗粒包覆微米级无机颗粒的思路,即让纳米级SiO2小颗粒包覆在硅灰石表面制成一种新型的纳米包覆粒子填料。 在硅灰石表面包覆上纳米级SiO2小颗粒对硅灰石的应用特性有重要影响:①纳米包覆粒子填料的比表面积比普通硅灰石大,纳米级SiO2小颗粒钝化了由于机械力粉碎造成的硅灰石的棱角,使其平滑的晶体解理面变得粗糙,同时硅灰石粉体白度增大,可应用于浅色制品。②在力学性能上,纳米SiO2包覆硅灰石填料如果不经偶联剂处理,填充复合材料的韧性不会得到提高,当填充量在25%及以上时,反而比普通硅灰石直接填充还差,而经铝酸酯偶联剂对其进行表面改性后,填充复合体系的强度和韧性都得到了提高,特别是复合材料的韧性。在填充量为20%时,填充复合体系的冲击强度仍比纯聚丙烯高,实现了对聚丙烯的增韧作用,克服了普通硅灰石填料填充聚合物后会使复合材料脆化的缺点。 为更深入地探讨这种增韧的作用机理,先后进行了样品缺口冲击断口形貌SEM扫描,DSC热分析以及广角X射线衍射WAXD分析等研究。研究表明,纳米SiO2包覆的硅灰石填料经铝酸酯表面改性后,较之其它表面处理方法得到的硅灰石填料,因其表面缺陷的减少以及比表面积和表面活性能的增加,增强了吸附偶联剂的能力,从而大大改善了填料粒子在基体树脂中的分散状态,促进了与基体界面的充分结合。无机填料的引入在PP中同时还起到了成核剂的作用,提高了复合体系的结晶温度、降低了结晶度,减小了晶粒尺寸,部分地引发了聚丙烯 -PP晶向 -PP晶的转变。这些作用的大小皆因填料的不同表面特性而有所差别,这也正是不同填充复合体系宏观力学性能有所差异的原因。