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Nano—CaCO3/PP/PS复合材料的热降解行为的研究

2022-09-17 来源:年旅网
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2006年第35卷第3期 合成材料老化与应用 Nano—CaCO3/PP/PS复合材料的热降解行为的研究冰 黄勇平 。麦堪成‘ (1中山大学化学与化工学院,广东广州,510275;2中山大学传播与设计学院,广东广州,510275) 摘要:用密炼机制备了马来酸酐接枝PP(MPP)和丙烯酸接枝PP(FPP)增容的nano—CaCO /PP/PS复合 材料,用TGA研究复合材料的热降解行为。结果表明:加入nano—CaCO 有助于提高PP/PS共混物的热稳 定性,对于提高复合材料的热稳定性,FPP、MPP与nano—CaCO 不存在协同作用;nano—CaCO /增容PP/ Ps共混物复合材料的DTG曲线在400 ̄C~500 ̄C问有两个失重速率峰,分别对应Ps和PP的热降解。 关键词:nano—CaCO PP/PS共混物,热降解行为 中图分类号:TQ31 Study on the Thermal Decomposition Bahaviour of Nano—CaCO3/PP/PS Composites HUANG Yong—ping ,MAI Kan—cheng (1 School of Chemistry and Chemical Engineering,Sun Yat—sen University; 2 School of Communication and Design,Sun Yat—sen University,Guangzhou 5 1 0275,Guangdong,China) Abstract:The nano—CaCO3/PP/PS composites were prepared compatibilized by maleic anhydride grafted PP (MPP)and acrylate acid(FPP)respectively.TGA was used to investigate the thermal decomposition of the tom— posites.Results show that addition of nano—CaCO3 favors to the improvement of thermal stability of PP/PS blends. FPP and MPP did not coorperate with nano—CaCO to improve the thermal stability of the composites.Thermal sta— bility of the composites depend upon the kind of compatibilizer.The composites prepared by compatibilized blends exhibited maximum weight loss peaks. Key words:nano—CaCO ,PP/PS blend,thermal decomposition behaviour 热稳定性是影响材料长期使用性能的重要参 数,研究复合材料的热降解行为对于复合材料的应 用具有重要意义。Mantia等…研究了不同CaCO 含量的PP/CaCO 复合材料的热机械降解动力学, 观察到PP/CaCO,复合材料的热机械降解速率比纯 PP快。认为随CaCO 含量增加,热机械降解速率 及其机理,认为加入CaCO 对PP/HDPE热稳定性 影响不大。CaCO 填充PP/HDPE的活化能高于 CaCO,填充PP/HDPE/EPR的,认为EPR的存在 加速了复合材料的降解,用再生HDPE代替新料 HDPE也降低填充的PP/HDPE/EPR/CaC0 共混物 的热降解活化能。表面处理改善CaCO 分散性, 使复合材料的活化能提高,从而影响了材料的热稳 定性。 PP/Ps共混合金 和PP/nano—CaCO 复合材 料 加 的研究报道并不鲜见,但是对nano—CaCO / PP/PS复合材料的研究未见报道。本实验制备了不 同相容剂增容的nano—CaCO /PP/PS复合材料,对 提高。归因于CaCO 含量增加,熔体粘度提高, 作用在聚合物熔体上的热机械应力增大。也由此造 成再生的填充聚合物的性能比非填充的新料聚合物 的低,随加工时间的延长,力学性能变差,出现脆 韧转变。Gonz61ez等 研究了CaCO 填充PP/ HDPE和PP/HDPE/EPR复合材料的热降解动力学 收稿日期:2006—02—15 基金项目:国家自然科学基金(50573094)和广州市科技计划项目(2005Z3一D2131)重点项目 维普资讯 http://www.cqvip.com

2 黄勇平等Nano—CaCO,/PP/Ps复合材料的热降解行为的研究 其热降解行为进行了研究。 1实验部分 1.1主要原材料 聚丙烯:广州银珠聚丙烯有限公司产品,CTS 一700粒料;聚苯乙烯:广州石化总厂产品, GPPS525粒料;马来酸酐接枝PP(MPP):广东省 鹿山化工实业有限公司产品,接枝率为1.2%;丙 烯酸接枝PP(FPP):自制,接枝率为0.56%; nano.CaCO :经过硬脂酸处理,平均粒径为40— 60nm,广平化工实业有限公司产品。 1.2仪器设备 混炼机:吉林大学科教仪器厂HL一200型; 热重分析仪:德国Netzsch仪器制造有限公司TG 一209。 1.3样品制备 把PP、Ps粒料以及FPP和MPP在真空烘箱中 70c《=干燥6h,按照表1的配比混合后,加人恒温 在190c《=的混炼机中,当聚合物粒料开始熔融时, 加人相应配比的nano.CaCO ,混炼机加热温度为 l90c《=,转速为50r/min,混合15min后用铜铲把材 料刮出,制备了纯PP、纯PS、PP/PS共混物、增 容PP/PS共混物、nano—CaCO3/PP/Ps复合材料、 nano—CaCO /PP/Ps增容共混物复合材料等。冷却 后破碎,在真空烘箱70c《=干燥4h。 表1 PP/PS共混物和nano—CaCO3/PP/PS复合材料的组成 1.4 TGA表征 在氮气保护下,样品以20 ̄C/min升温速率从 30c《=加热到700 ̄C,记录样品的降解曲线。吹扫气 为氮气,流速为40ml/min;保护气为氮气,流速 为20ml/min。 2结果与讨论 2.1 PP/PS共混物的热降解行为 图1和图2为PP、PS和PP/PS共混物的TGA 和DTG曲线,有关数据见表2和3。可见PP的热 稳定性比Ps高,PP开始热降解温度(2%)比PS 的高约9c《=,最大失重速率温度比Ps的高40.9c《=, 最大失重速率比Ps的低9.37%/min。在相同的温 度下,PS的失重大于PP的;PS在450c《=时基本分 解完全,而PP仅有31.20%分解。 PP/PS共混物的热分解行为与Ps含量有关。 在相同的温度下,PS20的失重低于PS30的。可见 Ps含量越高,其热稳定性越差,热稳定性从高到 低为PP>PS20>PS30>PS。从图2的DTG曲 线可以看到,PP和Ps的DTG曲线只有一个单峰, 而PS20和PS30的DTG曲线出现双峰,分别对应 Ps和PP的热降解。PS20中Ps的最大失重速率低 于PS30的,但其PP的最大失重速率高于PS30 的。以上结果表明加人Ps使PP热稳定性降低, 且随着Ps含量增大而降低;但对于Ps,加人PP 有利于热稳定性的提高。由于Ps和PP为不相容 聚合物,彼此对热降解过程和机理影响较小。 图1 Pp/lX3共混物的TGA曲线 圈2 PP/Ps共混物的DTG曲线 维普资讯 http://www.cqvip.com

2006年第35卷第3期 合成材料老化与应用 3 表2 PP/PS共混物的TGA结果 注: :开始热降解温度(以失重2%作为参考),Tpm:最 大失重速率温度, :最大失重速率, :失重5%时的温度, 0%:失重10%时的温度,7 %:失重20%时的温度,7 %:失 重50%时的温度 表3 PP/PS共混物在不同温度下的热失重量 2.2 Nano—CaCO3/PP/PS增容共混物复合材料的热 降解行为 图3和4为nano-CaCO /PP/PS增容共混物复 合材料的TGA和DTG曲线,其数据见表4和5。 从图3可见,两种相容剂对复合材料的TGA曲线 无明显改变,三者基本重叠在一起。表5的数据也 显示,复合材料的热降解温度无明显变化。但由于 相容剂的存在,使复合材料低温区热降解温度降 低;但在高温区三者区别不大。可见大分子相容剂 和nano—CaCO,对提高PP/PS共混物的热稳定性不 存在协同作用。从图4可见,未增容共混物复合材 料PS30C5在400oC~500oC间有一个宽峰,而增容 共混物复合材料PS30F10C5和PS30M10C5在 400oC~500oC间有两个峰。低温热降解峰对应于 PS的降解,高温热降解峰相应于PP的降解。 Te”1per }ure( 图3 118/IO—CaCO3/PP/PS增容共混物复合材料的TGA曲线 Tcmpcraturc(℃) 图4 I18/IO—CaCO3/PP/PS增容共混物复合材料的DTG曲线 表4改性的llano・CaCO3/PP/PS复合材料的TGA结果 表5 llano・CaCO,/PP/PS复合材料在不同温度下的失重量 2.3 Nano.CaCO /FPP增容PP/PS复合材料的热 降解行为 图5和6分别为nano—CaCO /FPP增容PP/PS 共混物复合材料的TGA和DTG曲线,其数据见表 6和7。可以看到,随着nano.CaCO 含量增加,复 合材料的热稳定性提高,要达到相同的失重率,复 合材料的热降解温度提高。随着nano—CaCO,含量 增加,PS和PP最大失重速率降低。然而,随着 nano—CaCO 含量增大,相同温度下,复合材料热 失重率在低温区有所提高,认为与包覆在nano—Ca— CO,表面的硬脂酸的挥发和热降解有关。 TeI11。e re( :) 图5 naIIo—CaCO3/FPP增容PP/Ps复合材料的TGA曲线 维普资讯 http://www.cqvip.com

4 黄勇平等Nano—CaCO,/PP/PS复合材料的热降解行为的研究 Temperature(℃) 图6 llano—CaCO3/FPP增容PP/PS复合材料的DTG曲线 表6 nano・CaCO3/FPP增容PP/PS复合材料的TGA结果 表7 nano—CaCO3/FPP增容PP/Ps复合材料在不同温度下 的失重量 2.4 Nano—CaCO /MPP增容PP/PS复合材料的热 降解行为 图7和8分别为nano—CaCO3/MPP增容PP/PS 共混物复合材料的TGA和DTG曲线,其数据见表 8和9。可见与FPP增容复合材料有所不同,当 nano—CaCO,含量为5phr时,复合材料达到相同失 重率的温度稍微低于无添加nano—CaCO 的增容 PS/PP共混物(PS3OMIO)。而nano—CaCO 含量为 10phr和15phr的复合材料的相同失重率的温度高 于增容PS/PP共混物的。 ^ 星 三 三 Temperature(℃) 图7 nall'o—CaCO3/MPP增容PP/Ps复合材料的TGA曲线 一 三 ≥ 一 ≥ ‘≈ Temperature(c【:) 图8 nall'o—CaCO3/MPP增容PP/PS复合材料的DTG曲线 表8 nano—CaCO3/MPP增容PP/Ps复合材料的TGA结果 表9 nano—CaCO3/MPP增容PP/PS复合材料在不同温度下 的失重量 3结论 加入nano—CaCO 有利于提高PP/PS共混物的 热稳定性,相容剂FPP和MPP使共混物的热稳定 性降低,相容剂FPP和MPP与nano—CaCO,不存在 协同作用。复合材料和增容PP/PS共混物一样, 在400oC一500oC间出现两个分解峰,分别对应PS 和PP的热降解。 参考文献 l Dintcheva N.Tzankova.La Mantia F P.Thermome— chanical degradation of iflled polypropylene.Macro— mol Symp,2003,(194):277—286 2 Gonzalez J,Albano C,Ichazo M,Hemandez M, Sciamanna R.Analysis of thermogravimetric data of blends of polyolefins with calcium carbonate trea. ted with Lica 12.Polym Degerad Stabil,2001,73 (2):2ll一224 (下转第8页) 维普资讯 http://www.cqvip.com

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