纳米SiO2改性聚碳酸亚丙酯的研究

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聚碳酸亚丙酯(PPC)是二氧化碳和环氧丙烷的交替共聚物,具有生物可降解性、生物相容性、透明性和阻隔氧气等一系列优良的性能,在医药材料、农用地膜和包装材料等方面具有较好的应用前景。但是其玻璃化转变温度(Tg)较低、热稳定性及力学性能较差,限制了其规模化使用。为了扩宽其应用范围需要对其进行改性。本文选用表面结构不同的功能型纳米SiO2以及纳米硅粉作为填料,采用溶液共混的方法制备了一系列PPC纳米复合材料。通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、紫外-可见分光光度仪(UV-Vis)、差示扫描量热(DSC)、热重分析(TG)、静态力学测试以及动态热机械分析(DMA)对复合材料的结构和性能进行了研究。具体研究结果如下:  1.环氧基纳米SiO2(RNS-E)对PPC进行改性结果表明:RNS-E在PPC中分散均匀,RNS-E表面的基团与PPC发生了接枝反应,从而使其与PPC具有良好的界面作用。RNS-E对PPC的热稳定性和力学性能有一定的改善作用,随着RNS-E在PPC中含量的增加,复合材料的热稳定性逐渐提高,当RNS-E的加入量为6%时,复合材料的最大热失重温度(Tmax)较纯PPC提高了13.3℃。复合材料的拉伸强度随着RNS-E含量的变化呈现先递增后降低的趋势,当RNS-E的加入量为4%时,复合材料的拉伸强度达到19.7MPa,相当于纯PPC的2倍。RNS-E的加入对PPC的透光性影响不大。但是RNS-E的加入使得PPC的Tg出现了轻微的降低,降低了复合材料的储能模量,使得PPC变得更加柔软。  2.对PPC/氨基纳米SiO2(RNS-A)复合材料的研究结果表明:RNS-A自身出现了团聚现象,其以较大的尺寸分散在PPC中,RNS-A与PPC也发生了接枝反应,使所得复合材料具有较强的界面作用。RNS-A的加入较好地改善了PPC的热性能以及力学性能,随着RNS-A在PPC中含量的增加,复合材料的热性能呈现递增的趋势,当RNS-A的加入量为6%时,复合材料的Tg比纯PPC提高了5.4℃,复合材料的Tmax较纯PPC分别提高了11.7℃。在力学性能方面,随着RNS-A含量的增加,复合材料的拉伸强度呈现先递增后逐渐平稳,当RNS-A的加入量为2%时,复合材料的拉伸强度已经有了很大程度的提高,随着含量的增加,增幅并不明显。当RNS-A的加入量为6%时,复合材料的拉伸强度为35.3MPa,相当于纯PPC的4倍,RNS-A的加入增加了PPC的储能模量,提高了PPC的抗变形能力。但是RNS-A的加入降低了PPC的韧性,同时RNS-A的加入使得PPC的透光性能出现了一定的降低,但在可见光区域透光率仍然保持在45%以上。  3.对于PPC/甲基纳米SiO2(DNS)复合材料而言,DNS在PPC分散较好,DNS表面裸露的羟基与PPC的端羟基发生了接枝反应,使两者之间具有较好的界面作用。DNS的加入不仅使PPC具有较好的透光性,而且提高了其热性能以及力学性能。随着DNS含量的增加,复合材料的热性能呈现递增的趋势。当DNS的加入量为6%时,复合材料的Tg与纯PPC相比提高了6.4℃,复合材料的Tmax较纯PPC提高15.4℃。在力学性能方面,随着DNS含量的递增,复合材料的拉伸强度呈现先递增后逐渐平稳的趋势,当DNS的加入量为2%时,复合材料的拉伸强度为35.4MPa,相当于纯PPC的4倍,断裂伸长率一直保持在600%以上,复合材料具有很好的韧性,并且DNS的加入提高了PPC的储能模量,与纯PPC相比提高了1000MPa,提高了PPC的抗变形能力。  4.纳米硅粉对PPC进行改性的结果表明:纳米硅粉在PPC中分散性较好,且与PPC具有良好的界面作用。纳米硅的加入提高了PPC的热性能以及力学性能,随着纳米硅粉含量的增加,复合材料的热性能呈现先增加后降低的趋势,当纳米硅粉的加入量为4%时,复合材料的Tg与纯PPC相比提高了7.1℃,复合材料的Tmax较纯PPC提高了23.4℃。在力学性能方面,随着纳米硅粉含量的变化,复合材料的拉伸强度呈现先增加后降低的趋势,当纳米硅粉的加入量为4%时,复合材料的拉伸强度提高至33.0MPa,相当于纯PPC的3倍多,但是纳米硅粉含量较大时,韧性出现了一定程度的降低。纳米硅粉的加入提高了PPC的储能模量,使得PPC的抗变形能力得到了提高。
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