中图分类：TB332

学科分类：430.55

成果类别：基础理论

成果水平：未评价

研究起止时间：2012-01～2013-12

评价形式：验收

1.研究目的与意义 聚碳酸亚丙酯（PPC）是一种应用前景非常广阔的环境友好型材料,但PPC力学性能和耐热性不佳的缺点大大限制了PPC的推广应用。海南本地具有丰富的植物纤维资源,高强度、高模量的植物纤维填充PPC是提高PPC材料性能的一种有效途径,但植物纤维与PPC基体的相容性差导致材料的最终性能并不理想。 本课题使用异氰酸酯MDI、TDI及异氰酸酯预聚物对PPC进行封端改性,研究封端改性改善PPC耐热性能的效果及机理;此外,将上述异氰酸酯作为封端剂和桥联剂,利用原位增容共混技术,在提高PPC耐热性的同时,将PPC大分子链接枝到植物纤维表面,改善材料界面相结构和粘附力,显著提高材料的力学性能以及耐热性能。与常规PPC/植物纤维复合材料制备方法相比,本方法具有增容改性与共混复合一步完成、工艺简单且材料性能优良的优势。小分子异氰酸酯TDI对PPC/植物纤维体系的改性效果要优于TDI预聚物的改性效果,但预聚物的挥发性和毒性很小,有利于大规模的推广与应用。 2.主要论点和论据 （A）采用MDI对市售的PPC原料进行熔融共混状态下的封端处理。结果表明：MDI与PPC除发生封端反应外,还在一定程度上发生了扩链甚至交联反应。上述反应可有效抑制PPC的“解拉链式”降解。当MDI含量达到1.0%时,其外延分解起始温度从纯PPC的176.26℃提高到259.56℃,使得加工温度和加工时间窗口大幅拓宽,有效提高了材料的耐热性能;同时,封端PPC的拉伸性能得到较大改善。 为了提高CS与PPC的界面作用力,在CS颗粒与PPC复合时加入MDI,进行原位增容共混改性。结果表明：有PPC大分子接枝到CS颗粒表面上。正是接枝的PPC在两相间充当架桥剂,增强了CS颗粒与PPC 相之间的界面粘接力,提高了相容性,使形态结构稳定化。这也可以从力学性能、热稳定性的进一步改善,复合材料相容性的提高及接枝状况的红外分析中得到相互佐证。通过原位反应性共混,MDI在封端PPC的同时,会促使PPC大分子接枝到CS颗粒表面,使得CS颗粒和PPC 基体间的相容性明显增加,进一步提高了材料的力学和耐热性能。 （B）分别用TDI、PUP对PPC进行封端改性,实验结果表明：加入TDI-4,T-5%从未封端PPC的163.5℃升高到275.0℃。加入PUP-1,T-5%升高到256.5℃。加入TDI-4的拉伸强度从未封端PPC的4.74MPa增加到19.90MPa;加入PUP-4的拉伸强度增加到12.50MPa。TDI的增强效果优于于PUP。 在植物纤维与PPC进行熔融共混时,加入TDI或PUP作为反应型增容剂,进行原位增容共混改性,实验结果表明：通过反应性共混,增容剂TDI、PUP在提高PPC耐热性的同时,也促进了植物纤维和PPC的相容性,有效改善两相的界面作用,进一步提高了复合材料的耐热性能和力学性能。与PUP相比,TDI对复合材料的热力学稳定性和拉伸性能的改善效果更佳,但PUP的挥发性和毒性更小,更适合在实际应用中加以推广。 3.此项研究的科学意义和应用前景; 本课题充分结合本省的热带植物资源优势,利用高模量、高强度植物纤维与PPC复合,制备出性能较好的环境友好型复合材料,并在前人研究基础上,使用异氰酸酯预聚物作为材料的封端剂和桥联剂,对材料的耐热机理、相界面形态调控与性能间的关系有了进一步的研究积累和认识。并提供了一种PPC/植物纤维复合材料的新型制备方法和工艺。