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本文制备了一种以纳米SiO2/渣油沥青复合颗粒改性PP的黑色复合材料。即通过制备分散性较好的纳米SiO2/渣油沥青复合颗粒,并将其应用到PP中,从而制备出综合性能良好的复合材料。主要工作和结果如下:
(1)使用马来酸酐(MAH)和苯乙烯(St)两种单体在170~220℃下在挤出机上熔融接枝PP时,MAH和St的总接枝率比单纯使用MAH要高39.5%~52.8%;而当MAH添加量保持4.00wt%不变时,MAH/St总接枝率随St添加量增加而提高。
(2)对渣油沥青进行热缩合反应改性后,加入用r-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)表面处理的纳米SiO2和CB进行熔融复合,形成了一层渣油沥青包覆纳米SiO2的“核-壳”复合颗粒。通过扫描电镜(SEM)及其附带的能谱分析发现:纳米SiO2以纳米尺寸较均匀地分散在渣油沥青中,其平均粒径约为45nm,表面处理过的纳米SiO2颗粒能够被渣油沥青包覆。
(3)将纳米SiO2/渣油沥青“核-壳”颗粒与接枝率为2.98%的PP在170~220℃下在挤出机上挤出高浓度母粒;再将母粒与PP在稳定剂作用下在190~230℃下熔融共混制备PP复合材料。
(4)通过空气气氛热失重实验,考察相同条件下,不同比例的复合颗粒对PP复合材料性能的影响。结果表明:在150℃和200℃两种温度下,纳米SiO2/渣油沥青复合颗粒热失重率小于10%,而PP复合材料热失重率在10~35%之间。优化得到纳米SiO2/渣油沥青比为3:10的复合颗粒及其复合材料的热性能比其它配比稳定,均高于对照样和纯PP。
(5)通过对比不同配比“核-壳”颗粒所制得的复合材料的性能差异;考察了在相同反应条件下,添加不同比例的复合颗粒对复合材料性能的影响。结果发现:当复合材料中加入1.51%的纳米SiO2/渣油沥青复合颗粒后,可使PP拉伸强度提高15.9%;当复合材料中加入3%的复合颗粒后,其拉伸屈服强度比纯PP增加21.3%,拉伸断裂强度比纯PP降低31.9%,而拉伸断裂伸长率比纯PP增加44.1%,弹性模量比纯PP增加40.2%。
(6)SEM研究了纳米SiO2/渣油沥青复合颗粒的分散形态,结果表明复合颗粒以均匀分散的形态存在,这是复合材料具有良好性能的重要因素。
(7)在PP中加入纳米SiO2/渣油沥青复合颗粒后,复合材料的表面由亲水性变为疏水性,并且随着复合颗粒含量的增加,其润湿角不断增大,疏水性能进一步提高,这对PP的后续加工具有实际意义。