聚丙撑碳酸酯_聚苯乙烯复合材料的制备与性能

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 　第 23 卷第 4 期 高分子材料科学与工程 V ol. 23,N o. 4 　2007 年 7 月 POL YM ER M A T ER IAL S SC IEN CE AND EN G IN EER IN G Jul. 2007 聚丙撑碳酸酯ö聚苯乙烯复合材料的制备与性能Ξ 庞买只, 葛祥才, 焦　建, 关丽涛, 乔俊娟, 王栓紧, 孟跃中 (中山大学理工学院能源与环境材料研究所, 广东 广州 510275) 摘要: 利用熔融共混的方法制备了聚丙撑碳酸酯ö聚苯乙烯 (PPCöPS) 复合材料, 并通过万能试验机、差 示扫描量热 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 仪 (D SC)、热重分析仪 (TG) 以及扫描电子显微镜 (SEM ) 分别研究了复合材料的力学性 能、热性能及微观形态。结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明, PS 的引入提高了复合材料的拉伸强度和拉伸模量及热稳定性, 对体 系中两相的玻璃化转变温度也有一定的影响。因此, 通过简单的熔融共混的方法制备 PPCöPS 复合材 料, 可达到对 PPC 增强改性的目的, 且大大降低了 PPC 的应用成本, 对 PPC 的工业化应用提供了一条 新的途径。 关键词: 聚丙撑碳酸酯; 聚苯乙烯; 熔融共混; 增强改性 中图分类号: TB 332　　　文献标识码: A 　　　文章编号: 100027555 (2007) 0420155204 　　1969 年, 日本京都大学的井上祥平[1 ]发现 CO 2 可与环氧化合物 (如环氧乙烷 EO、环氧丙 烷 PO 等) 直接共聚生成脂肪族聚碳酸酯 (A PC) , 从此该领域受到越来越多的关注[2, 3 ]。 鉴于 PPC 本身力学性能和热性能的影响, 使其 在单独用作结构材料使用时受到较大的限制。 因此, 对 PPC 进行物理或化学改性[4～ 9 ], 提高 其力学性能和热性能, 并降低其应用成本, 具有 重要的意义。 近年来, 文献报道了很多以较高分子量的 PPC 为基体, 利用天然的无机或有机填料 (如 CaCO 3、SiO 2、蒙脱土、蛭石、淀粉、木质纤维素 及木粉等) [4～ 9 ]对其进行共混改性的研究。笔者 选择价廉的、力学性能和加工性能都优良的 PS 树脂用作 PPC 的增强材料, 通过简单的熔融共 混制备了一系列 PPCöPS 复合材料, 既达到了 对 PPC 增强改性的目的, 又克服了无机填料增 强体系分散性差、流动性差、韧性差以及难于加 工等缺点, 同时还大大降低了 PPC 的应用成 本, 对 PPC 的工业化应用提供了一条新的途 径。 1　实验部分 1. 1　原料 聚丙撑碳酸酯 (PPC) : 实验室自制[2, 3 ] , 中 试放大实验样品, PPC 样品中存在一定量的催 化剂、反应副产物 (如环状碳酸酯、聚醚等)以及 低分子量的齐聚物,M{ n= 77120, 分子量分布指 数 d = 4. 74; 聚苯乙烯 (PS) : GP2525, 汕头海洋 第一聚苯树脂有限公司。实验前, 将 PPC 和 PS 于 80 ℃真空干燥 24 h, 样品不再做进一步的处 理。 1. 2　复合材料的制备与性能测试 PPC+ PS 密炼 170 ℃, 30 röm in, 5 m in PPCöPS 复合材料 压片 170 ℃, 15 M Pa 冲片 　　　 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 样条 (25 mm ×4 mm ×1 mm ) 为了便于比较, 纯 PPC 树脂和纯 PS 树脂 都在相同的工艺条件下进行密炼。选择不同质 量百分比的 PPCöPS 体系, 制备了一系列的复 合材料。 1. 2. 1　拉伸性能测试: 按国家标准 (GB öT 1040 - 92) 测试材料的拉伸性能, 拉伸速率为 10 mm öm in。测试前样条在 25 ℃、相对湿度 55%Ξ 收稿日期: 2006203214; 修订日期: 2006207218 　基金项目: 国家科技部引导性重点攻关项目; 广东省自然科学基金项目 　联系人: 王栓紧, 主要从事二氧化碳全降解塑料的合成及应用研究; 新型燃料电池用质子交换膜的合成及应用研究, E2m ail: w angsh j@m ail. sysu. edu. cn © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 下, 放置 24 h, 每个配比的复合材料测试五个 样条, 取其算术平均值。 1. 2. 2　D SC 测试: 扫描温度范围为- 30 ℃～ 130 ℃, 升温速率为 20 ℃öm in。为消除材料中 的热历史及应力历史, 先将样品升温到 130 ℃, 保温 5 m in; 再降温到- 30 ℃, 降温速率为 20 ℃öm in; 重新升温而得到一系列的D SC 曲线。 1. 2. 3　T G 测试: 测试温度范围 30 ℃～ 600 ℃, 升温速率 20 ℃öm in,N 2 流速 20 mL öm in。 1. 2. 4　SEM 观察: 先将共混样品置于液氮中 脆断, 干燥后真空镀金, 用 SEM 观察其断面形 貌, 加速电压 15 kV。 F ig. 1　Tensile properties of neat PPC, PS resin and PPCöPS composites 2　结果与讨论 2. 1　拉伸性能 F ig. 1 为 PPCöPS 复合材料的拉伸性能与 PS 含量之间的关系曲线。由 F ig. 1 (a) 可知, 当 PS 含量低于 30% 时, 复合材料的拉伸强度与 纯 PPC 树脂相比先增大后减小。这可能是由于 随着分散相含量的增加, 分散相粒子的粒径有 增大的趋势, 导致刚性的 PS 对柔性的 PPC 的 增强作用被部分抵消。而当 PS 含量达到 30% 以后, 材料的拉伸强度和弹性模量几乎呈直线 上升。实验还发现, 体系的断裂伸长率随着 PS 含量的增加而降低, 这是由于 PS 具有体积较 大的芳侧基, 链段运动困难, 使其韧性较差, 而 且 PS 与 PPC 之间的相容性较差。但在 PS 含量 低于 50 % 时, 材料仍保持着较大的断裂伸长 率。 由聚合物共混体系的混合法则, 聚合物共 混物的弹性模量可由下面的方程 (1)估算: lgE = V A lgEA + V B lgEB (1) 式中: E、EA 和 EB——共混物、聚合物A 和聚 合物B 的弹性模量; V A 和V B——两种聚合物 在共混物中的体积百分数。共混体系弹性模量 的实验值与理论计算值之间的对比, 由 F ig. 1 (b)所示。 对于熔融共混体系来说, 黏度低的一相 (“软相”) 总是倾向于形成连续相, 而黏度高的 一相 (“硬相”) 则总是倾向于形成分散相, 即 “软包硬”规律。从 F ig. 1 (b) 的结果可以看出, 当 PS 含量低于 50% 时, 体系弹性模量的实验 值与方程 (1) 计算出的理论值比较接近, 这说 明此时“硬相”PS 趋于形成分散相, 而均匀地 分散在“软相”PPC 形成的连续相中, 故两相的 混合比较均匀。而当 PS 含量大于 50% 之后, 特别是在 70% 时, 体系弹性模量的实验值与 理论值出现了较大的偏差, 这主要是由于“硬 相”PS 不趋于形成连续相, 从而导致两相混合 不均匀造成的。 2. 2　热性能 T ab. 1 给出了不同 PS 含量复合材料的热 分解温度以及玻璃化转变温度 T g。实验发现, 体系的 D SC 曲线上出现了两个 T g , 而且由 T ab. 1 可以看到, 两相的 T g 与各纯树脂的 T g 比较接近, 这说明该体系为互不相容的两相体 系, 两个 T g 也分别对应于复合体系中两相的 T g。但从结果还可以看出, 由于柔性 PPC 以及 其中低分子量组分的增塑作用, 使得 PS 相的 T g 有一定的降低。 从 T ab. 1 还可以看到, 随着 PS 含量的变 651 高分子材料科学与工程 2007 年　 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 化, 与纯 PPC 树脂相比, 复合材料的 T - 5% 和 PPC 相的 T m ax升高了 10 ℃～ 15 ℃, 而 T - 50% 则 升高了将近 80 ℃; 而对于不同质量百分比的复 合体系, PS 相的 T m ax基本没有什么变化, 这说 明 PS 的加入, 不仅提高了复合体系的热稳定 性, 同时 PPC 对 PS 的热性能又没有造成负面 的影响。 Tab. 1　Therma l property of nea t PPC, PS and PPCöPS composites T - 5% (℃) T - 50% (℃) T m ax (PPC phase) (℃) T m ax (PS phase) (℃) T g (PPC phase) (℃) T g (PS phase) (℃) PPC (m ixing) 218. 3 237. 6 238. 7 30. 7 PPCö10% PS 221. 3 242. 7 242. 6 435. 63 0. 1 92. 1 PPCö30% PS 219. 6 253. 3 241. 6 432. 9 32. 0 93. 9 PPCö50% PS 224. 0 317. 0 250. 3 432. 4 32. 2 94. 2 PPCö70% PS 232. 6 417. 9 248. 6 432. 5 30. 7 95. 2 PPCö90% PS 261. 2 423. 9 267. 5 432. 2 28. 3 96. 3 PS (m ixing) 389. 0 425. 6 432. 7 96. 8 F ig. 2　SEM photograph for PPCöPS composites (a) PPCö10% PS (×1000) ; (b) PPCö30% PS (×1000) ; (c) PPCö50% PS (×1000) ; (d) PPCö70% PS (×1000) ; (e) PPCö90% PS (×5000) 2. 3　SEM 复合材料的断面形态如 F ig. 2 所示。由 F ig. 2 (a) (b) (d) (e)可以看出, 当分散相含量低 于 30% 时, 体系表现为典型的“海2岛”结构, 两 相间存在明显的界面, 而分散相多以“球”状分 布在连续相中; 同时, 还可以看出, 随着分散相 含量的增加, 分散相粒子的粒径有增大的趋势。 而当分散相含量为 30%～ 50% 时, 分散相将逐 渐转变为连续相, 故此区域为分散相2连续相的 转变区域。F ig. 2 (c)为 50% ö50% 复合体系的断 面形态, 可以看出此时体系为双连续体系, 两相 间仍存在着界面。而当 PPC 含量为 10% (如 F ig. 2 (e) )时, 体系的分散比较均匀, 但 PPC 粒 子与 PS 基体之间存在着明显的空隙或空洞, 这说明两相间的相容性较差, 需要进一步的改 善。 751　第 4 期 庞买只等: 聚丙撑碳酸酯ö聚苯乙烯复合材料的制备与性能 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 3　结论 利用熔融共混的方法制得了 PPCöPS 复合 材料, 研究发现, 当 PS 含量达到 30% 之后, 拉 伸强度和弹性模量都随着 PS 含量的增加而急 剧增大; 在 PS 含量小于 50% 时, 材料仍保持着 较大的断裂伸长率。T G 分析结果表明, PS 的 引入使得 PPC 的 T m ax提高了 10 ℃～ 15 ℃, 体 系的 T - 50% 提高了将近 80 ℃, 从而提高了复合 材料的热稳定性。由 D SC 结果以及断面的 SEM 观察可知, 复合体系为两相体系, 两相间 存在着明显的界面; 随着分散相含量的增加, 分 散相粒子的粒径有增大的趋势; 当分散相含量 为 30%～ 50% 时, 分散相逐渐变为连续相。 参考文献: [ 1 ] 　 Inoue S, Koinum a H. J. Po lym. Sci. , Po lym. L ett. Ed. , 1969, 7: 287～ 292. [ 2 ]　W ang S J, T jong S C, et al. J. App l. Po lym. Sci. , 2002, 85: 2327～ 2334. [ 3 ]　Zhu Q , M eng Y Z, et al. Po lym. Inter. , 2002, 51: 1079～ 1085. [ 4 ]　L i X H , T jong S C, M eng Y Z, et al. J. Po lym. Sci. , Part B, 2003, 41: 1806～ 1813. [ 5 ]　Ge X C, L i X H , et al. Po lym. Eng. Sci. , 2004, 44: 2134～ 2140. [ 6 ]　L i X H , M eng Y Z, et al. J. Po lym. Sci. , Part B, 2004, 42: 666～ 675. [ 7 ]　Ge X C, Xu Y. Composites Sci. Techno l. , 2005, 65: 2219～ 2225. [ 8 ]　Xu J, L i R K Y, M eng Y Z, et al. 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T he glass transition and the morpho logy of the composites w ere studied by differen tial scann ing calo rim etry (D SC) and scann ing electron m icroscopy (SEM ) , respectively. T herefo re, the m echan i2 cal and the therm al stability of PPC can be reinfo rced, the cost of w h ich can be reduced greatly. Keywords: po ly (p ropylene carbonate) ; po lystyrene; m elt blending; modification 851 高分子材料科学与工程 2007 年