纳米SiO₂改性PP的表面处理机理及其材料性能研究

【作者】 吴唯； 徐种德；

【机构】 华东理工大学石油化工学院； 华东理工大学材料工程学院；

【摘要】 解决纳米颗粒的分散性问题,是纳米微粒在聚合物中成功应用的前提。本文采用三种不同的表面处理技术分别得到三种不同的纳米SiO₂,进而制备了三种纳米SiO₂改性PP塑料。通过扫描电子显微镜观察、红外光谱分析以及力学性能测试等手段,研究了不同表面处理对纳米SiO₂改性PP的微观结构、颗粒分散、界面粘接以及力学性能的影响,分析了纳米SiO₂表面处理对颗粒分散的作用机理。结果表明:只需少量填充纳米SiO₂,就能有效提高PP的拉伸和弯曲强度、以及拉伸和弯曲弹性模量,还体现一定程度的室温增韧效果。这种改性效果对于纳米SiO₂-3^#尤为明显。在SEM观察中,发现PP/纳米SiO₂-3^#的拉伸断面上出现了较长的丝状物,这些丝状物与基体的连接点处几乎都有纳米SiO₂-3^#分布,而PP/纳米SiO₂-2^#的拉伸断面上却无此类丝状物出现。进一步的红外光谱分析发现,PP/纳米SiO₂-3^#的红外图谱在2946.4cm^-1和2841.5cm^-1处有两个很明显的特征峰,分别对应于PP红外图谱上2964.7cm^-1和2839.1cm^-1的特征峰。因此,可以认为纳米SiO₂-3^#改性PP有如下改性机理:当纳米SiO₂先用偶联剂液相处理,再用聚合物型表面处理剂表面覆盖,一方面可在纳米SiO₂表面形成大分子阻隔层,有可能使颗粒间质心距大于其范德华作用半径,从而削弱纳米SiO₂的团聚倾向,有利于其在PP中的分散;另一方面已与纳米SiO₂表面发生化学反应的偶联剂与PP大分子在熔融共混中形成了新的化学键,使纳米SIO₂-3^#与PP基体形成强固的界面结合,当PP/纳米SiO₂-3^#材料被快速拉断时,通过这一化学键作用使处于纳米SiO₂-3^#附近的PP基体被拉长变形而形成丝状物。两者共同作用的结果,使纳米SiO₂-3^#改性PP的力学性能优于单用偶联剂处理的纳米SiO₂-2^#改性PP。更多还原