纳米无机粒子在塑料高性能化改性中的应用研究

【摘要】： 纳米无机粒子由于独特的“小尺寸效应”、“量子效应”和“表面效应”使其具有许多不同一般块状固体材料不同的性能。将其应用于塑料的改性应用中，可以将无机材料的高刚性、耐热性及尺寸稳定性与高分子材料的韧性、介电性、加工性等性能有机地结束起来，从而获得性能优良的无机纳米粒子/聚合物复合材料。本文主要对纳米TiO_2、蒙脱土在HIPS、ABS、PA6、PA66等塑料改性中的应用进行了较系统的实验和理论研究，成果简述如下： 1．通过对纳米TiO_2表面预处理及选择特定的高分子分散剂和母料法制备工艺首次制备了HIPS/纳米TiO_2纳米复合材料。详细研究了纳米TiO_2含量及表面处理对制备的纳米复合材料力学性能、热学性能、流变性能、阻燃性能、热老化性能等的影响。确定了纳米TiO_2增强增韧HIPS的晟佳含量，以及HIPS/纳米TiO_2/TAS纳米复合材料具有最佳综合性能的组份比及制备工艺。所制备的上述纳米复合材料较原HIPS具有更好的力学性能、耐热性能、阻燃性能、抗老化性能和表面性能，因而具有更广泛的应用领域并具有较高的经济效益。 2．对纳米TiO_2在HIPS的分散行为进行表征，并研究其分散规律，发现纳米TiO_2在HIPS的分散，随偶联剂用量、纳米TiO_2含量的增大及剪切速率的降低，体系中的纳米TiO_2特征粒径随之增大。为纳米TiO_2含量，表面处理和加工工艺与制备的纳米复合材料的性能确立了相互关系。并提出了纳米粒子在塑料改性中的几个关键问题及解决的途径和技术措施。 3．对蒙脱土及蒙脱土与弹性体POE-MAH共存在PA6、PA66上的改性上的应用进行了系统研究，制备了一系列性能得到改善的PA6/MMT、PA6/MMT/POE—MAH、PA66/MMT及PA66/POE—MAH复合材料，总结了MMT及POE—MAH含量与上述复合材料性能间关系，通过DSC、XRD、SEM等表征手段，分析讨论了上述复合材料结构与性能间的变化依赖关系。 4．详细研究了纳米TiO_2及蒙脱土在ABS改性中的应用，总结了纳米TiO_2及蒙脱土含量对ABS性能的影响，提出了纳米粒子在ABS基体中分散的几种微观结构模型，该模型能满意地解释ABS/纳米粒子复合材料的性能与结构关系。通过性能对比，确证了蒙脱土对ABS的阻燃性和抗老化性有很好的改善作用。 5．采用熔融共混法制备了PA6/PP／POE-MAH及PA66/PP/POE-MAH合金，系统研究了各组份比对合金的力学性能及吸水率的影响，成功地研制出低吸水率、高性能化的PA/PP/POE-MAH合金，并利用SEM、DSC、WAXD等手段，研究了POE-MAH组份对共混体系微观结构、结晶形为和相容性的影响规律。 摘要博士论文 6.提出了纳米无机粒子对塑料增强增韧的“裂缝与银纹相互转化”机理，通过 理论和实验依据论证了该机理的可靠性。该机理较准确地描述了纳米粒子在塑料基体 中的作用行为，统一了纳米粒子增强增韧的各种不同机理，为纳米无机粒子在高分子 改性上的广泛应用提供了理论解决途径。