反应性单体改性纳米caco3pp复合材料的结晶性能课件

反应单体改性纳米CaCO3/PP复合材料的制备 及其结晶性能的研究 创新化学实验报告 报告人：章自寿 指导老师：麦堪成 教授 2005/06/18 报告内容 研究的目的意义 创新化学实验报告 实验部分 结果与讨论 主要结论 主要创新点 2005/06/18 研究目的和意义 创新化学实验报告 2005/06/18 1聚丙烯（简称PP）具有优良的综合性能 相对密度小，吸水、吸湿率低，透明性及表面光泽好 屈服强度、拉伸强度、表面硬度、刚性等都较优异 电绝缘性良好，介电率较小 耐应力龟裂、耐疲劳屈服和耐化学品性能良好 1PP的缺点 冲击强度低 耐磨性不足 易老化 热变形温度低 耐光性差 难印染 不易与其他材料复合 研究目的和意义 创新化学实验报告 2005/06/18 制备“纳米粉体/高分子材料”的对策： 插层复合法 但不适用于纳米粉体/高分子材料的制备 原位复合法 对于已产业化的纳米粉体也不适用 传统制备微米复合材料的方法 该方法设备、技术成熟，不需附加投资，可大批生产， 成本低等优点。特别是纳米CaCO3更加便宜。 研究目的和意义 创新化学实验报告 2005/06/18 1传统制备微米复合材料的方法存在的问题 填料在基体中分散不均匀 界面粘结（填料与基体、填料之间等的粘结） 1研究现状 纳米粉体的表面处理 纳米粉体的分散性 纳米粉体对基体的结晶行为、结晶形态、有关物理与和力学性 能等的影响 解决这一关键技术在于通过研究寻找到不但提高纳米粉体在基体中 的分散，而且同时改善纳米粉体与基体间、粉体粒子间界面粘结的技 术方法。 研究目的和意义 创新化学实验报告 2005/06/18 1文献调研 普通偶联剂只能解决填料与高分子材料基体的粘结问题 分散剂只能解决填料在基体中的分散问题 现有表面处理剂虽然能促进纳米CaCO3在聚合物基体中的分散 ，但对纳米CaCO3复合材料界面粘结作用改变不大 从传统处理剂分子结构分析，虽然处理剂的极性端可与填料发 生强的相互作用，但有机链段短与基体发生链纠缠相容或共结 晶不强。 传统处理剂分子较大，不易进入纳米粒子间发生作用。 主要创新点 创新化学实验报告 2005/06/18 创新：寻找反应性的小分子单体作为处理剂（偶联剂） 利用单体的极性与纳米粉体粒子的表面作用、反应基团与基体接枝 反应产生偶联作用 目的： 改善纳米粉体在高分子基体中的分散性 强化组份间界面粘结 立足于产业化，不必更新传统设备 样品的制备 创新化学实验报告 2005/06/18 实验部分 创新化学实验报告 2005/06/18 主要原料 1.等规聚丙烯：H030SG，粒料，熔融指数3g/10min，印度 Reliance Industries Limited 2.等规聚丙烯：CTS-700，粒料，广州银珠聚丙烯有限公司产品 3.纳米CaCO3：粒径4060nm，由广州吉必时科技实业有限公司提供，未经过任何处理 4.丙烯酸（AA）：佛山市化工实验厂产品，化学纯 5.丙烯酸甲酯（MA），天津市化学试剂研究所，化学纯 6.丙烯酸丁酯（BA），广州新建精细化工厂，化学纯 7.甲基丙烯酸甲酯（MM），天津市化学试剂研究所，化学纯 8.苯乙烯（St）：上海化学试剂站中心化工厂，化学纯 9.马来酸酐（MH），天津市化学试剂一厂，化学纯 10.氧化苯甲酰（BPO），广州化学试剂厂，分析纯 11.抗氧剂：AT10，美国雅宝 12.丙酮：广州化学试剂厂产品，分析纯 13.二甲苯：广州化学试剂厂产品，分析纯 14.乙醇：广州化学试剂厂产品，分析纯。 样品的制备 创新化学实验报告 2005/06/18 Table 1. The compositions of nano-CaCO3/PP masterbatchs MasterbatchReactive monomerMonomer: PP: CaCO3:（g/g/g） PPnone C none0：25：100 A1Acrylic acid （AA）5：25：100 A3Acrylic acid15：25：100 A5 Acrylic acid25：25：100 A7 Acrylic acid35：25：100 AS Acrylic acid and styrene25（AA/St=12.5/12.5)：25：100 BA Butyl acrylate（BA）25：25：100 MA Methyl acrylate（MA）25：25：100 MH Maleic anhydride （MH）25：25：100 MM Methyl methacrylate（MM）25：25：100 StStyrene (St)25：25：100 样品的制备 创新化学实验报告 2005/06/18 Composite PP (wt%) CaCO3 (wt%) Masterbatch Composite PP (wt%) CaCO3 (wt%) Masterbatch Composite PP (wt%) CaCO3 (wt%) Masterbatch PP100- - A5C2982 A5 MAC2982 MA C2982 C A5C5955 A5 MAC5955 MA C5955 C A5C109010 A5 MAC109010 MA C109010 C A5C158515 A5 MAC158515 MA C158515 C A5C208020 A5 MAC208020 MA C208020 C A7C2982 A7 MHC2982 MH A1C2982 A1 A7C5955 A7 MHC5955 MH A1C5955 A1 A7C109010 A7 MHC109010 MH A1C109010 A1 A7C158515 A7 MHC158515 MH A1C158515 A1 A7C208020 A7 MHC208020 MH A1C208020 A1 ASC2982 AS MMC2982 MM A3C2982 A3 ASC5955 AS MMC5955 MM A3C5955 A3 ASC109010 AS MMC109010 MM A3C109010 A3 ASC158515 AS MMC158515 MM A3C158515 A3 ASC208020 AS MMC208020 MM A3C208020 A3 BAC2982 BA StC2982 St BAC5955 BA StC5955 St BAC109010 BA StC109010 St BAC158515 BA StC158515 St BAC208020 BA StC208020 St Table 2. The compositions of nano-CaCO3/PP composites 用DSC表征结晶性能 创新化学实验报告 2005/06/18 1.结晶与熔融行为研究 2.等温结晶动力学 3.非等温结晶动力学 50 200/min 220 恒温3min 50 10/min10/min 220 50 200/min 220 恒温3min200/min 结 晶 温 度 恒温30min 50 200/min 220 恒温3min不同的降 温速率 50 结果与讨论 创新化学实验报告 2005/06/18 反应性单体改性纳米CaCO3/PP复合材料的结晶与熔融行为 Figure 1. 5wt纳米CaCO3/PP复合材料的DSC结晶曲线与熔融曲线 1.PP; 2.C5; 3.StC5; 4.BAC5; 5.ASC5; 6.A1C5; 7.A3C5; 8.A5C5; 9.A7C5; 10.MAC5; 11.MMC5; 12.MHC5 2005/06/18 反应性单体改性纳米CaCO3/PP复合材料的 结晶与熔融行为 创新化学实验报告 Figure 2. 不同样品的结晶峰温 Figure 3. 不同样品的熔融峰温 2005/06/18 创新化学实验报告 Figure 4. CX、MHCX、ASCX和A7CX的熔融曲线 反应性单体改性纳米CaCO3/PP复合材料的 结晶与熔融行为 2005/06/18 创新化学实验报告 反应性单体改性纳米CaCO3/PP复合材料的 结晶与熔融行为 PPC5 A7C5 MHC5 2005/06/18 结晶动力学研究 创新化学实验报告 Figure 4. PP在不同的结晶温度下结晶曲线 Figure 5. C5在不同的结晶温度下结晶曲线 等温结晶动力学 2005/06/18 创新化学实验报告 Figure 6. 不同样品在126下的结晶曲线 结晶速率的从高到低的顺序依次是： MHC5A7C5C5A1C5A3C5A5C5 BAC5MAC5MMC5StC5PP 等温结晶动力学研究 2005/06/18 Figure 7. PP等温结晶的ln-ln(1-Xt)与lnt曲线 Figure 8. MHC5复合材料等温结晶的ln -ln(1-Xt)与lnt曲线 创新化学实验报告 等温结晶动力学研究 2005/06/18 Figure 9. 不同样品的n值 Figure 10. 不同样品的1/t1/2-T曲线 创新化学实验报告 等温结晶动力学研究 2005/06/18 创新化学实验报告 Figure 11. 纯PP在不同降温速率下的DSC曲线 Figure 12. 纯PP在不同降温速率下 相对结晶度与温度的关系曲线 （1. 5/min ; 2. 10/min; 3. 15/min ;4. 20/min ; 5. 40/min） Figure 13. 纯PP在不同降温速率下 相对结晶度与时间的关系曲线 随着降温速率的增大，完成结晶的 时间减少，结晶速率增加 非等温结晶动力学研究 2005/06/18 非等温结晶动力学研究 创新化学实验报告 Figure 14. 非等温结晶的结晶峰温Figure 15. 非等温结晶的1/t1/2-R曲线 2005/06/18 非等温结晶动力学研究 创新化学实验报告 Figure 18. 纯PP的lnR-lnt关系曲线 1. Xt10 ; 2. Xt30; 3. Xt50 ;4. Xt70 ; 5. Xt90 Figure 19. MHC5的lnR-lnt关系曲线 Figure 21. 不同样品的F(T)值 2005/06/18 主要结论 创新化学实验报告 1.纳米粒子的加入，使复合材料的结晶温度提高，但熔融温度变化不大。 复合材料的结晶温度的提高与反应性单体的种类和用量有关。 2. 相同的纳米CaCO3含量下，结晶温度的高低顺序是： MHCXA7CXCXA5CXA3CXA1CXASCXBACXMACXMMCXStCXPP 3.经过BA、MA、MM、MH和St几种反应性单体改性的纳米CaCO3以及未经改 性的纳米CaCO3会诱导PP的晶的形成，形成晶最强时纳米粒子存在一 个最佳含量。 4.A1、A3、A5、A7和AS改性的纳米CaCO3均不能诱导晶的形成。 5.偏光显微镜照片看出，加入纳米粒子之后，PP的球晶明显变小。说明纳 米粒子起异相成核作用。 2005/06/18 主要结论 创新化学实验报告 6.等温结晶动力学研究表明，随着结晶温度的提高，DSC曲线的放热峰明显