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摘 要

本论文制备了用硅烷偶联剂KH845-4，钛酸酯偶联剂NDZ201及这两种偶联剂并用处理的碳酸钙，并围绕其用量进行了一系列实验。使用付立叶红外光谱分析仪来对处理过的碳酸钙进行表征；使用差示扫描量热法对经过处理的碳酸钙与聚丙烯共混形成的复合材料的热力学行为进行了测试；用电子万能试验机表征了复合材料的力学性能；通过复合材料的玻璃化转变区域，拉伸强度，断裂伸长率，弹性模量，拉伸屈服应力等数据对被处理过的碳酸钙进行评估。实验结果表明，硅烷偶联剂KH845-4接枝不上碳酸钙；钛酸酯偶联剂NDZ201接枝上了碳酸钙，并且当其用量为2%时，复合材料的性能最佳。

关键词：偶联剂 碳酸钙 复合材料

Preparation and Properties of Powder Blend Polymer Composites by Coupling Agent Treatment

Abstract

In this dissertation, calcium carbonate was prepared by using silane coupling agent KH845-4, titanate coupling agent NDZ201 and these two coupling agents together, and a series of experiments were carried out around its dosage. The Fourier transform infrared spectrometer was used to characterize the treated calcium carbonate; Differential scanning calorimetry was used to test the thermodynamic behavior of composites formed from treated blends of calcium carbonate and polypropylene; Mechanical properties of composites were characterized by using Electronic Universal Testing Machine ; The treated calcium carbonate was evaluated by data on the glass transition region of the composite, tensile strength, elongation at break, modulus of elasticity, and tensile yield stress. Experimental results show that silane coupling agent KH845-4 cannot be grafted onto calcium carbonate; The titanate coupling agent NDZ201 was grafted with calcium carbonate, and when the amount was 2%, the composite material had the best performance.

Keywords: Coupling agent; Calcium carbonate; Composite materials

目录

第一章 前言 1

1.1概述 1

1.1.1复合材料简介 1

1.1.2硅烷偶联剂简介 1

1.1.3钛酸酯偶联剂简介 2

1.1.4聚丙烯简介 2

1.2国内外研究进展 3

1.2.1国外研究进展 3

1.2.2国内研究进展 3

1.3研究内容及方法 4

第二章 理论部分 5

2.1硅烷偶联剂处理碳酸钙的原理 5

2.2钛酸酯偶联剂处理碳酸钙的原理 5

2.3改性碳酸钙和聚丙烯共混形成复合材料的原理 6

第三章 实验部分 7

3.1实验原料 7

3.4经钛酸酯偶联剂处理的碳酸钙的制备 7

3.5经硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂并用的碳酸钙的制备 8

3.6经偶联剂处理的碳酸钙与聚丙烯共混形成共混物的制备 8

3.7拉伸用样条的制备 8

3.8经偶联剂处理的碳酸钙的表征 8

3.9经偶联剂处理的碳酸钙与聚丙烯共混形成的共混物的热稳定性测试 9

3.10经偶联剂处理的碳酸钙与聚丙烯共混形成的共混物的力学性能测试 9

第四章 结果与讨论 10

4.1经偶联剂处理的碳酸钙的红外分析 10

4.2经过偶联剂处理的碳酸钙与聚丙烯共混形成的复合材料的DSC分析 11

4.2.1经过偶联剂处理的碳酸钙与聚丙烯共混形成的复合材料的DSC曲线 11

4.2.2 复合材料的DSC分析 13

4.3经过偶联剂处理的碳酸钙与聚丙烯共混形成的复合材料的力学性能分析 13

第五章 结论 16

参考文献 17

致谢 19

第一章 前言

1.1概述

1.1.1复合材料简介

有机基质基复合材料的研究和工业生产在过去几十年中迅速增长，因为与传统材料相比，这种材料可以实现传统材料没有的功能。事实上，复合材料的性质很大程度上取决于界面与界面间的性质。 在基体和增强剂之间界面处或通过界面上的强键合是通过颗粒填料增强聚合物基体的主要要求之一。而且复合材料的机械阻力受到界面的性质以及其中的相互作用的很大影响，这就是为什么在复合材料加工过程中增加界面和产生相间界非常重要的原因^[1]。

表面的结构，比表面积和化学活性三个主要因素极大地影响填料在基体中的掺入和分散过程中的增强程度。尽管使用不同类型的填充剂，但他们的选择仍然是经验性的，因为对加固过程中涉及的机制的解释部分需要讨论。天然碳酸钙由矿物颗粒组成，目前已用于聚烯烃中，特别是用于聚丙烯，以改变或增强其某些特性如刚性和弯曲强度。在许多应用中，碳酸钙填料被简单地用于降低最终产品的成本。但由于它们与聚合物基质之间没有吸引力，并且这些颗粒没有聚集的倾向，所以这种用途仅限于范围，无法大范围应用。在聚合物复合材料的加工过程中，破碎附聚物是重要的，因为它们可以充当缺陷并引发断裂，这会显著降低材料的机械性能，如拉伸性能，冲击性能。

用于聚烯烃转化的工艺和设备很少允许直接掺入矿物填料。这主要是由于聚丙烯不是极性的，并且因为使用的机器不适合实现填料颗粒的良好分散。由于这两个原因，CaCO₃在聚丙烯中的掺入是通过使用母料配方进行的，以确保填料颗粒完全分散在整个聚合物基体中。增强分散的另一种方式是表面处理。该处理是通过低聚物和脂肪酸的物理吸附，通过与硅烷和钛酸盐的化学反应，或者通过用聚合物接枝的方法。实践表明，用有机钛酸酯偶联剂可以获得最壮观的结果。偶联剂用于解决聚合物复合材料加工过程中遇到的问题，例如颗粒在基体中的分散不良，基体与填料之间不存在相互作用以及聚合物对固体颗粒的润湿。 表面处理也能够添加大量的填料。本课题的目的是研究硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂单用以及硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂并用对碳酸钙表面处理对PP /CaCO₃复合材料性能的影响。

1.1.2硅烷偶联剂简介

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