纳米二氧化硅改性聚丙烯性能的研究 张煜杰 学习翻译

引言：对聚丙烯（PP）-纳米二氧化硅复合材料进行了改性。聚丙烯中填充了三种不同负载的5%、7%和10%的纳米二氧化硅。采用熔融挤出法制备了聚丙烯/纳米硅复合材料。聚丙烯和聚丙烯纳米复合材料的红外光谱结果表明，聚丙烯和纳米硅层之间存在着很大的化学相互作用，X射线衍射图显示出较低的强度，并向较高的角度移动。通过热重分析（TGA）、差示扫描量热仪（DSC）、拉伸试验和吸水性试验来鉴定结果。从热重分析的结果来看，随着纳米硅颗粒百分比的增加，热稳定性有了显著的改善。通过增加纳米二氧化硅（10 wt）的负载，改善了纳米二氧化硅的力学性能（拉伸强度、弹性模量和断裂应变）。

改性纳米无机过滤器作为增强材料制备复合材料受到越来越多的关注。科学家们更喜欢热塑性聚合物材料，而不是基于低生产周期、低加工成本和高修复能力的热塑性塑料[1-3]。由聚丙烯（PP）制成的复合材料是一种常见的热塑性和疏水性聚合物，在汽车、包装、建筑业和玩具工业中得到了广泛应用[4-7]。热塑性-无机纳米复合材料已被广泛研究，以获得初始聚合物热性能和机械性能的基本改善[8-14]。

然而，聚丙烯聚合物是一种有用的热塑性塑料，具有加工和性能之间可接受的平衡。聚丙烯的熔融温度介于（162–165°C）之间，完全可以抵抗热水，但不足以使热成型更容易[15–20]。

材料和方法

材料

纳米硅粉，从美国纳赛尔公司获得，聚丙烯使用的聚合物由沙特聚合物公司提供，商品名为HGZ-120SP。聚丙烯聚合物在237°C下的熔融流动指数为每30分钟4 g。

聚丙烯-纳米二氧化硅复合制剂

从含有5、7和10%（按重量计）纳米二氧化硅的注塑样品中测试聚丙烯纳米二氧化硅复合材料样品。采用熔融指数为50 g.20 min-1、密度为0.95 g cm-3的聚丙烯均聚物制备了复合材料，通过在热学Haake变阻剂QC实验室搅拌机（UK）内的熔融共混，将长度平均为10 nm的纳米硅混合。使用的加工参数如下：温度190°C，转子转速80 rpm，停留时间30分钟。混合的复合材料样品在80°C的真空下干燥过夜，并在200°C的雕刻机液压机中倒入金属模具，以获得约3 mm厚的膜。切割复合材料进行化学、热和机械测量。图1显示了聚丙烯和纳米硅分子之间的化学相互作用。

结论

聚丙烯纳米复合材料可以提高纳米硅与聚丙烯基体的界面结合力。傅立叶变换红外光谱研究表明，纳米二氧化硅颗粒存在于相容性复合材料中，并与PP复合材料中纳米二氧化硅的增加发生化学反应。XRD分析表明，纳米二氧化硅颗粒在聚合物聚丙烯基体中的分布具有插层结构。

聚丙烯/纳米硅复合材料表现出早期的热装饰性，但在较高温度下表现出较高的热稳定性。TGA和DTG结果表明，随着t50%、tmax的增加，PP/NA-nosilica复合材料的热稳定性提高，600℃下的残余物含量增加。通过加入不同负载的纳米二氧化硅，可以改善聚丙烯纳米复合材料的力学性能。纳米二氧化硅含量的增加增加了聚合物纳米复合材料的断裂应力和弹性模量，而断裂延伸率增加。

与聚丙烯基体相比减少。动态力学分析表明，增容剂的加入降低了聚丙烯/纳米硅复合材料的损耗因子（tanδ），并随着温度的升高而发生位移，提高了材料的储能模量，使基体与基体的界面结合性能明显优于不加纳米硅的复合材料。