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定制有机羧酸改性氧化铝Al2O3纳米颗粒在聚丙烯中的成核效果(含图示)
发布时间:2021-04-13     作者:zzj   分享到:

聚丙烯(PP)是一种用途十分广泛的热塑性聚合物,具有高的性价比、优异的耐热耐化学性、加工特性好等特点。但是,由于其自身较差的结晶行为和力学性能,PP的应用受到了很大的限制。添加成核剂是一种十分简单有效的方法,通过成核剂来调控PP的结晶行为和结晶形态,从而改善PP性能,高性能化PP制品。一般情况下,聚丙烯成核剂可以分为无机物、有机物类和聚合物类。其中,无机粒子一直被广泛研究用来调控PP的结晶,如碳纳米管(CNTs)、石墨烯、氧化铝、层状双金属氢氧化物(LDH)等。

聚合物与添加剂表面之间的相互作用可以降低聚合物成核结晶的势能。此外由于CH-π的相互作用能促进聚合物链段的排列,从而有效促进聚合物的成核结晶。一种羧酸-铝氧烷可以作为PP的高效成核剂,认为结构中的V形苯环空缺可能和PP链段有着CH-π的相互作用,从而降低了PP成核结晶的能垒。对氧化铝纳米颗粒表面进行改性,设计合成了表面苯甲酸改性的纳米颗粒,并与直链烷基和环烷基羧酸改性的纳米颗粒进行比较。探究了改性颗粒表面基团结构和基团接枝量对PP结晶性能和力学性能的影响,为改性无机粒子用作PP成核剂的设计提供了理论借鉴。

1)氧化铝纳米颗粒表面通过与不同有机结构的羧酸反应,接枝了不同结构的有机基团。将改性氧化铝纳米颗粒加入到PP中,发现苯环结构改性的纳米颗粒BA-Al2O3的成核效果较佳,在低添加量下就能够有效提高PP的结晶温度和力学性能,饱和环烷基结构改性的纳米颗粒ChA-Al2O3成核效果较好,直链烷基结构改性的纳米颗粒HA-Al2O3/SA-Al2O3的成核效果效果较差。

2)通过改变苯甲酸和氧化铝颗粒的反应比,能够调控改性颗粒表面苯环基团的接枝量。随着反应比的增加,接枝量逐渐上升。将含有不同接枝量的改性纳米颗粒加入到PP中,发现改性颗粒的成核性能随着表面苯环基体接枝量的增加先上升后下降,接枝量为1.3 mmol/(g Al2O3)

图文导读

1.氧化铝纳米颗粒表面接枝改性以及成核效果

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1 未改性氧化铝颗粒,苯甲酸和改性氧化铝颗粒HA-Al2O3SA-Al2O3ChA-Al2O3BA-Al2O3的红外谱图

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2 未改性氧化铝颗粒、改性氧化铝颗粒的XRD谱图

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3 未改性氧化铝颗粒,改性氧化铝颗粒HA-Al2O3SA-Al2O3ChA-Al2O3BA-Al2O3TGA曲线

1 改性氧化铝颗粒HA-Al2O3SA-Al2O3ChA-Al2O3BA-Al2O3的总热失重和接枝量

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4 未改性氧化铝颗粒、改性氧化铝颗粒对PP结晶温度以及结晶度(a)和弯曲模量(b)的影响

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5 PP纳米复合材料的低温断面形貌SEM

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2.改性氧化铝纳米颗粒表面苯甲酸

接枝量的调控以及成核效果

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6 未改性氧化铝颗粒、苯甲酸改性氧化铝颗粒BA-Al2O3-x的红外谱图(a)XRD谱图(b)

aAl2O3bBA-Al2O3-1cBA-Al2O3-2dBA-Al2O3-3eBA-Al2O3-4fBA-Al2O3-5gBA-Al2O3-6hBA-Al2O3-7

2 苯甲酸改性氧化铝颗粒BA-Al2O3-x的总热失重和接枝量

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7 改性氧化铝颗粒BA-Al2O3-x的苯环接枝量对PP结晶温度、结晶度、力学性能和结合系数的影响

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8 PP纳米复合材料的低温断面形貌SEM

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9 PPBA-Al2O3-3成核PP等温结晶过程的POM

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