碱式硫酸镁晶须(MOSw)是一种典型的无机镁盐晶须,具有良好的阻燃性能及较强的机械性能,被广泛应用于聚合物基复合材料的增强和阻燃领域。然而,在相关的研究中人们发现,MOSw填充聚合物基体主要存在两个问题:i)MOSw表面自由能较大,容易发生团聚,导致其在基体中分散不够均匀;ii)MOSw表面极性较大,属于亲水性,而绝大多数聚合物均属于亲油性,两者相容性很差。基于以上问题,本研究采用表面改性的方法对MOSw进行处理,再将改性后的MOSw添加到聚丙烯(PP)基体中,测试其力学性能、结晶性能、热性能、阻燃性能、流变性能等变化情况。研究内容主要包括以下几个方面:(1)通过测试改性MOSw的接触角与亲油化度,考察改性剂用量、温度、时间等条件对MOSw改性效果的影响,确定了五种脂肪酸改性MOSw的较优条件;以月桂酸(LA)为例,进一步研究其改性机理:即LA与MOSw表面发生了类似“酸碱中和”的化学反应,LA以单分子层形式均匀包覆在晶须表面。(2)类似地,通过测试改性MOSw的接触角与亲油化度,确定了乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)改性MOSw的较优条件:V(VTES):V(H2O):V(C2H5OH)=20:8:72,水解时间为3 h,水解温度为25°C,VTES用量为晶须质量的5 wt%,改性温度为60°C,改性时间为60 min;改性后的晶须样品中存在Si-O-Mg和Si-O-Si键,而不存在Si-O-C键,说明硅烷偶联剂与晶须发生了化学键合作用。(3)类似地,通过测试改性MOSw的接触角与亲油化度,确定了十二烷基单磷酸酯(DDP)改性MOSw的较优条件:以H2O为溶剂,加入KOH促进DDP溶解,DDP用量为3 wt%,改性温度为25°C、改性时间为30 min;改性后晶须在有机相中分散性很好,P-O-Mg键的存在说明DDP与晶须表面发生了化学键合作用。(4)采用熔融共混法制备PP/MOSw复合材料,考察不同改性剂对其力学性能、结晶性能、热性能及阻燃性能的影响。结果表明,LA改性对PP基体的异相成核促进效果最佳,并且可以诱导生成一定量β晶型PP,因此其增韧效果最佳;VTES改性能够有效提高MOSw与PP基体的界面相互作用强度,导致复合材料屈服强度和杨氏模量明显增大;DDP改性则能够进一步提高PP/MOSw复合材料的阻燃性能,主要是因为DDP促进PP基体成炭,形成结构更加完整、致密的保护层,从而更好的阻隔燃烧所需的能量及可燃性物质的传递。(5)以PP-g-MAH或POE-g-MAH为相容剂,采用熔融共混法制备PP/相容剂/MOSw复合材料,考察不同相容剂对PP/MOSw复合材料力学性能、结晶性能、热性能等的影响。结果表明,PP-g-MAH增强PP/MOSw复合材料效果更好,原因有三点:i)PP-g-MAH接枝率较高,能够与较多的MOSw发生开环酯化反应;ii)PP-g-MAH与PP基体结构非常相似,两者相容性较好;iii)PP-g-MAH的加入能够促使MOSw在PP基体中均匀分布。另一方面,POE-g-MAH增韧PP/MOSw复合材料效果较好,原因有两点:i)POE-g-MAH能够诱导生成一定量的β晶型PP;ii)POE-g-MAH对PP/MOSw的界面相容性有一定程度改善。(6)以PP-g-MAH为相容剂,采用熔融共混法制备PP/PP-g-MAH/不同形貌碱式硫酸镁(MOS)复合材料,通过测试复合材料力学性能、结晶性能、流变性能等,考察不同形貌MOS对PP基体性能影响。结果表明,颗粒状MOS的加入能够提高PP基体的韧性,与β晶型PP的生成及异相成核效应有关;晶须状MOS在PP基体中容易形成连续的网状结构,这是MOSw增强PP基体的主要原因。随着MOSw添加量的增大,复合材料样品的结构从“类液体”转变为“类固体”。总而言之,本论文的研究结果为MOSw填充聚合物复合材料的应用提供了详细的理论支持,同时对其他晶须材料填充聚合物复合材料的研究具有一定的参考意义。