碳酸钙增强聚丙烯结晶动力学研究开题报告

1. 研究目的与意义

在我国，PP是产量最大和应用面最广的聚合物材料之一，同时也是进口量最大的大品种通用聚合物材料之一。其中进口的主要是共聚注塑料、高档BOPP专用料、CPP、管板材等在内的专用料。随着下游塑料加工业的迅速发展，高性能和高附加值产品需求增长很快，PP的新用途也在不断开发，国内高性能PP及PP专用料市场发展空间很大。我国PP工业的发展不但要求生产规模的提高，更要求在PP产品规格、档次上台阶。然而，由于长期缺乏PP专用料的自主技术，进口的技术也已经陈旧，国内目前的PP产业化技术含量明显不足。

由于聚合物材料的形态与结构严重依赖于加工制备过程，因而，研究其凝聚态结构和结晶行为，特别是结晶行为对体系微结构形成和形态演化的影响，不仅可以帮助理解改性PP的增强机理，也可以为加工制备过程积累数据，通过控制加工条件来实现结构和形态的优化，对改性PP结构和性能进行调控。本文主要探索结晶条件对改性PP结构与形态演化、结晶动力学的影响，以期为材料结构的调控和性能的优化提供可能。

2. 国内外研究现状分析

南京大学表面和界面化学工程技术研究中心将粒径分别为325 mesh和1500 mesh的caco₃粒子按照不同比例进行混合级配,并以30%(质量)的填充比例填充聚丙烯。在以dsc和偏光显微镜对样品的结晶形态和非等温结晶动力学的研究中发现,经过合理的级配可以使填充复合材料中pp球晶半径明显增大,晶体排列更为有序;并可使pp的非等温结晶动力学参数k值下降,avrami指数n和结晶半衰期t1/2上升。

太原理工大学化学化工学院赵彦生,刘永梅,卢建军,叶峻岭等人采用熔融共混法制备了小本体聚丙烯/纳米caco₃复合材料(sbpp/纳米caco₃),研究了经铝钛复合偶联剂处理前后的纳米caco₃粒子对sbpp结晶性能的影响。结果表明纳米粒子能够诱导β晶的形成,提高sbpp的结晶度,降低sbpp球晶尺寸,使得球晶均匀程度增加,并且纳米caco₃经偶联剂处理后以上几种效果更为显著;纳米caco₃可以提高材料的结晶温度和结晶速率,但经偶联剂处理的纳米粒子的结晶速率却小于未经偶联剂处理的材料的结晶速率,说明偶联剂的加入在一定程度上抑制了纳米caco₃对sbpp/纳米caco₃复合材料的结晶过程。

。maiti等研究了pp/caco₃复合材料在0~36 vol%填料范围内的结晶行为。结果表明,在低caco₃含量(0~4 vol%)时,pp的结晶成核和生长速率降低,但是总的结晶度稍有增加;在中等含量(4 vol%~165vol%)时,成核速率先是下降然后又显著提高,生长速率缓慢增加,结晶度下降;在高含量(165 vol%~36 vol%)时,成核和生长速率增加,总的结晶度下降。pp/caco₃复合材料结晶形态的研究方面,maiti[4]和陈彦[5]均得到α晶形pp的复合材料。而廖凯荣等发现轻质caco₃促进了β-pp的生成,并系统地研究了pp/caco₃复合材料中β晶的形成和力学性能间的关系。发现在一定的组成范围内,复合材料的断裂伸长率比母体pp大许多,这种规律同复合材料中β-pp含量的变化规律相一致

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

1．原料及样品制备（碳酸钙填充聚丙烯复合材料的制备）

2．分析测试（利用差示扫描量热仪（dsc）测试试样,计算结晶度）

4. 研究创新点

　聚丙烯是目前世界上产量最大和发展最快的合成树脂之一,但由于低温抗冲击韧性差且缺口敏感性大而限制了其应用。为了改善PP性能上的不足,弹性体增韧一直被视为最有效的途径,然而弹性体改性不可避免地带来基体材料刚性和强度的降低,特别是为了获得良好的增韧效果,常常需要加入大量的弹性体,这将使基体的刚性和强度性能指标难以得到保证。纳米粒子由于具有比表面积大、表层原子数大、表面活性高、与聚合物的界面粘结强度高等优点,因此将纳米粒子填充到聚合物中可以得到综合性能优良的复合材料。实际上一切影响到PP结晶的因素,都会间接地引起PP制品的强度、韧性、硬度以及成型加工性等性能的变化,因此从结晶学的角度探讨PP结晶并加以控制具有重要意义。

通过合理控制CaCO3填料的粒径分布及填充比例可有效地促进PP的β晶的生成,提高复合材料的流动性能,并对复合材料的力学性能也有积极的作用。以往,对材料结晶动力学的研究主要集中于等温结晶方面,而实际生产多为降温体系。本文通过DSC等方法对CaCO3级配填充PP结晶形态和匀速降温结晶动力学等方面的问题进行了研究,并进行合理解释。