新型磷酸盐玻璃/聚合物杂化材料的制备与性能

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本文讨论了磷酸盐玻璃(Pglass)的制备方法,并分析了影响其玻璃化转变温度(Tg)的一些因素。重点分析了一种锡氟磷酸盐玻璃(TFP)的结构与形态,以它作为填料分别与强极性的尼龙66(PA66),非极性的低密度聚乙烯(LDPE)及弱极性的低密度聚乙烯接枝马来酸酐(LDPE-g-MAH)制备杂化材料,并初步探索了聚合物极性对杂化材料性能的影响。Pglass的制备与性能分析表明:一步熔融法操作简单方便、混料均匀,但组分配比误差较大。两步熔融法原料配比可以准确计量,但较一步熔融法繁杂、周期长。熔融温度升高、熔融时间增加、原料中F元素百分含量的减少及金属铅阳离子的引入均可提高Pglass的Tg。IR测试表明TFP中存在着大量的-OH和P-F基团,这有利于它与极性聚合物形成相容性良好的杂化材料。形态分析显示TFP颗粒的形态各异且尺寸分布较宽。在TFP/PA66杂化材料中TFP的羟基(-OH)与PA66酰胺基团(-NHCO-)间存在强相互作用力。当TFP填充量为30%时,PA66的Tg降低了13℃,且在130℃处出现了第三个松弛,它与TFP的Tg有关。由于刚性衰减和两相间强作用力在高温下杂化材料的储能模量趋于一致,不同于低温状态下TFP含量与储能模量成正比关系。TFP未改变PA66的晶型,却使得PA66结晶速度变慢和结晶度明显降低,即α晶体与γ晶体数量减少。等温结晶动力学分析表明杂化材料的等温结晶行为符合Avrami方程。TFP的加入未改变PA66的成核机理及晶体生长方式,但有助于PA66晶核的形成。同时,杂化材料以异相成核为主,对温度的依赖性小,纯PA66以均相成核为主,对温度依赖性较高。TFP颗粒形态可变,与尼龙66相容性良好且以两种尺寸的颗粒均匀分布。在TFP/LDPE杂化材料和TFP/LDEP-g-MAH杂化材料中,增加的TFP含量渐渐地突显出其自身的特征峰。然而,TFP与马来酸酐的C=O未建立新的相互作用。马来酸酐接枝LDPE不利于TFP对LDPE的异相成核作用。随TFP含量的增加,LDPE和LDPE-g-MAH的结晶度均降低,且TFP含量对具有弱极性的LDPE-g-MAH的结晶度影响更明显。马来酸酐接枝LDPE可明显降低TFP颗粒间的团聚现象,有利于TFP在LDPE中的分散,并且进一步观察到绝大部分分散的TFP与LDPE-g-MAH具有较好的相容性。
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