反应性单体改性纳米CaCO3PP-复合材料的结晶性能

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,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PP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,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）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,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RelianceIndustriesLimited2.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,Table1.Thecompositionsofnano-CaCO3/PPmasterbatchs,样品的制备,创新化学实验报告,2005/06/18,Table2.Thecompositionsofnano-CaCO3/PPcomposites,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/min,10/min,220,50,200/min,220,恒温3min,200/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,Figure1.5wt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,Figure2.不同样品的结晶峰温,Figure3.不同样品的熔融峰温,2005/06/18,创新化学实验报告,Figure4.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,PP,C5,A7C5,MHC5,2005/06/18,结晶动力学研究,创新化学实验报告,Figure4.PP在不同的结晶温度下结晶曲线,Figure5.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,Figure6.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：MHC5A7C5C5A1C5A3C5A5C5BAC5MAC5MMC5StC5PP,等温结晶动力学研究,2005/06/18,Figure7.PP等温结晶的ln-ln(1-Xt)与lnt曲线,Figure8.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,Figure9.不同样品的n值,Figure10.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,Figure11.纯PP在不同降温速率下的DSC曲线,Figure12.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）,Figure13.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,Figure14.非等温结晶的结晶峰温,Figure15.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,Figure18.纯PP的lnR-lnt关系曲线,1.Xt10;2.Xt30;3.Xt50;4.Xt70;5.Xt90,Figure19.MHC5的lnR-lnt关系曲线,Figure21.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曲线的放热峰明显右移，完成结晶所需时间延长，结晶速率下降。7.相同结晶温度下，结晶速率的从高到低的顺序依次是：MHC5A7C5C5MAC5BAC5A1C