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硅灰石行业新闻

庚二酸钙硅灰石填充聚丙烯PP复合材料成核作用研究

作者: tom123 时间:2022-05-20 10:34:57 阅读:108

负载庚二酸钙硅灰石填充聚丙烯的β一成核作用研究

摘要:为获得硅灰石填充一聚丙烯(β—PP)复合材料,该文采用硅灰石与庚二酸反应制备负载庚二酸钙的硅灰石(β-W),并对比研究硅灰石和β—W对聚丙烯(PP)结晶具有的异相成核作用。FTIR和TGA结果证实β—w表面庚二酸钙的形成。DSC、XRD和POM结果表明硅灰石表面形成的庚二酸钙导致硅灰石表面成核机理的α—β转变。β-w填充PP复合材料主要形成β一晶,β—W具有的β一成核作用与硅灰石/庚二酸质量比有关。

关键词:聚丙烯;硅灰石;β一成核作用

硅灰石填充聚丙烯(PP/W)复合材料具有高的硬度、刚性和热变形温度,目前已有广泛应用。虽然硅灰石的加入能诱导PP形成少量β一晶,但PP/W复合材料主要形成韧性低的α一PP,因此PP/W复合材料的冲击强度有待提高。

β-PP具有高于α一PP数倍的冲击强度,高韧性β-PP是制备高冲击强度PP复合材料的理想基体,但目前制备β一PP复合材料最普遍的方法是在PP中同时添加β一成核剂和无机填料。由于无机粒子表面对PP结晶通常具有强的α一成核作用,抑制β一成核剂的β一成核作用,难以制得高β一晶含量的PP复合材料。因此,填充β—PP复合材料发展很慢。

 

显然,降低无机填料的α一成核作用对β一成核剂的β一成核作用的影响是制备高β一晶含量PP复合材料的关键。本文根据碳酸钙负载β一成核剂的制备原理,利用庚二酸与硅灰石中的钙反应形成具有高效β一成核作用的庚二酸钙,使硅灰石表面一成核作用向β一成核作用转变,为制备高β一晶含量硅灰石填充PP复合材料提供科学依据。

 

原料

等规聚丙烯(PP,HP500N):MFR12g/(10min),中国壳牌石化有限公司;针状硅灰石(W):800目,湖北大冶针状硅灰石;庚二酸(PA):上海虹生实业有限公司,AR;丙酮:广东光华化学试剂厂,AR。

 

 

负载庚二酸钙硅灰石的制备

将一定量庚二酸溶解于适量丙酮,在室温下加入硅灰石,搅拌直至丙酮完全挥发,在室温下真空干燥,以硅灰石/庚二酸质量比为10、400和800分别制得负载庚二酸钙硅灰石β一W10,β—W400枷和β—W800。

 

负载庚二酸钙硅灰石填充 PP复合材料的制备

将PP分别与不同硅灰石混合均匀后,在加压式密炼机190oC下混炼10min,分别制备W=1%W、β—w400和p—W800填充PP复合材料。

 

结果与讨论

硅灰石负载庚二酸钙的证据

图1(α)硅灰石、庚二酸和β—W10的红外光吸收谱图。可见β—W10的红外光吸收谱图中除了庚二酸和硅灰石的特征吸收峰,在1462、1542和1578cm附近出现3个新的吸收峰,对应于羧酸盐的特征吸收峰,表明硅灰石表面有庚二酸钙形成。

 

图1(β)硅灰石、庚二酸和β—W10的热失重曲线,相关数据见表1。庚二酸加热至240oC完全分解,硅灰石在540oC前无热分解,而β—W10在385—435℃失重4.6%,归结于硅灰石表面生成庚二酸钙的热分解,也证实了硅灰石表面成功负载庚二酸钙。

 硅灰石     

 

负载庚二酸钙硅灰石填充 PP的 β一成核作用

图2是PP和W=1%硅灰石填充PP复合材料的结晶与熔融曲线,对应数据列于表2。可见,加入硅灰石、β—W800和β—W400使PP结晶温度分别提高了0.8、4.4和4.8℃,表明β—W800和β—W400对PP结晶具有的异相成核作用强于硅灰石,且随着庚二酸用量增加,异相成核作用增强。

 硅灰石     

从图2(β)可见,PP呈现单一α一晶熔融峰,虽然硅灰石填充PP出现三个熔融峰,分别对应于β1一、β2一和α一晶的熔融,但β一晶熔融峰强度明显低于α一晶熔融峰,表明硅灰石对PP结晶的β一成核作用不强,主要表现为α一成核作用。β—W400和β—W800填充PP的三个熔融峰强度明显不同于硅灰石填充PP,β一晶熔融峰强远高于一晶熔融峰,且随着庚二酸用量增加,β一晶熔融峰强逐渐增强,α一晶熔融峰强逐渐减弱。图3和表2也说明PP和硅灰石填充PP主要形成α一晶,W=1%硅灰石填充PP复合材料的β一晶含量仅为10%,而W=1%β—w400和W=1%β—W800填充PP的β一晶含量分别高达99%和95%。由此可见,负载庚二酸钙的硅灰石可制得高β一晶含量的填充PP复合材料。

 

图4为PP、硅灰石和β一W400填充PP复合材料的结晶形态,发现PP主要形成大尺寸的α一球晶,球晶排列规整,边界清晰。硅灰石的加入虽未改变PP晶型,但由于异相成核作用,增加成核密度而减小α一球晶尺寸。β—W400填充PP以高亮度的β一球晶为主,球晶尺寸也明显小于纯PP,说明负载庚二酸钙硅灰石不仅具有强的β一成核作用,诱导大量β一晶形成,也增加了成核密度而减小β一球晶尺寸。

 针状硅灰石     

结 论

硅灰石对PP结晶具有α一成核作用,负载庚二酸钙硅灰石具有β一成核作用;负载庚二酸钙硅灰石的异相成核作用高于硅灰石,且与硅灰石/庚二酸质量比有关。硅灰石填充PP复合材料主要形成α-球晶,负载庚二酸钙硅灰石填充PP复合材料主要形成β-球晶。采用负载庚二酸钙硅灰石可制备β-晶含量高达95%以上的填充PP复合材料。

 


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