HDPESEBS纳米二氧化硅阻燃剂共混改性的研究
HDPESEBS纳米二氧化硅阻燃剂共混改性的研究[20200412225918]
摘 要
将高密度聚乙烯（HDPE）、SEBS（苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯的嵌段共聚物）、纳米二氧化硅（nm-SiO2）以及阻燃剂进行熔融共混，注塑得到一系列样条并且对力学性能、热性能、维氏硬度以及TGA等进行了研究。结果表明：SEBS的加入能够大幅度地提高HDPE的抗冲击能力，熔体流动指数得到了提升，但是拉伸和弯曲强度以及模量有所降低、而对硬度和热稳定性影响不大。纳米二氧化硅的加入使得基体材料的拉伸强度、拉伸模量和弯曲强度、弯曲模量都有一定的提升，其它性能影响不大。由TGA测试可知，随着阻燃剂含量的增加，共混物的起始分解温度提高，从侧面说明了HDPE的阻燃性能得到了改善。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:HDPESEBSnm-SiO2共混改性
目 录
1.绪论 1
1.1 引言 1
1.2 共混改性 1
1.2.1 聚合物共混的方法 1
1.2.2 聚合物共混改性的优点 2
1.3 基体材料 2
1.3.1 高密度聚乙烯（HDPE）的简介 2
1.3.2 HDPE的应用 3
1.3.3 HDPE的加工性能 3
1.3.4 HDPE的改性研究进展 3
1.4 SEBS弹性体 6
1.4.1 SEBS的简介 6
1.4.2 SEBS的加工方法 6
1.4.2 SEBS的改性机理 7
1.5 纳米二氧化硅（nm-SiO2） 7
1.5.1 简述 7
1.5.2 nm-SiO2的应用和制备方法 8
1.5.3 纳米二氧化硅的改性机理 8
1.6 阻燃剂 9
1.6.1 阻燃剂的概述 9
1.6.2 DBDPE协同Sb2O3阻燃机理 9
1.7 课题设计思路与研究内容 9
2.实验部分 11
2.1 实验药品及仪器 11
2.2 课题研究方法 11
2.3 实验流程 12
2.3.1 流程简述 12
2.3.2 流程简图 13
2.4 主要实验仪器的操作 13
2.4.1 注射成型机的操作流程 13
2.4.2 熔融指数仪操作流程 14
2.4.3 热失重分析仪的操作 14
3.结果和讨论 15
3.1 力学性能的分析 15
3.1.1 拉伸强度和模量 15
3.1.2 弯曲强度和模量 17
3.1.3 冲击强度 19
3.2 硬度的分析 20
3.3 熔体流动指数 21
3.4 热重分析 21
4.结论 28
参考文献 29
致谢 31
1.绪论
1.1 引言
高密度聚乙烯（HDPE）在研究出的初期，技术还尚未成熟，所以它的用途和市场范围很窄。之后，随着技术的不断发展，生产设备渐渐地完善，在后来的研究过程中发现了高密度聚乙烯的很多优点，诸如其很好的耐化学腐蚀性能，较高的刚性和韧性，较好的机械强度等。进而，人们渐渐意识到它的优越性，从而在对HDPE的研究也进一步地加深。而与此同时也在不断地发展它的多用途以及开拓它的新市场。到目前为止，高密度聚乙烯被广泛地应用于包装、食品、化学工业、汽车以及日常生活等方面。也正是随着技术的不断发展，使得高密度聚乙烯成为了用量最大的通用塑料之一。
但是，在近些年的研究或者日常生活中，我们不难发现以往一些HDPE的制品在使用了一段时间后会出现变脆、强度降低等性能的退化的现象，这就使得材料不能得到最大限度地使用。材料单一地做成产品不单单产生使用寿命较短的问题，这也是我国每年对于HDPE的需求量持续增加的原因所在。跟据调查显示[1]，在2010到2012的两年的时间里我国HDPE的产能增加了73.6万吨/年，而即使是这样高速的增加产能的情况下我国还是需要从国外进口HDPE。问题的存在也迫使学术界研究改善高密度聚乙烯的性能，从而使得产品得以长时间的使用。这样的方法经实际证明存在很大的可行性，在提高许多产品性能的同时，也能对HDPE需求量有着一定的控制。
1.2 共混改性
共混改性是聚合物改性最为简便且很有效果的方法，它指的是把两种或两种以上的聚合物材料、无机材料以及助剂加上被改性的材料（又叫基体材料）在一定温度下通过适当的加工方法，使得各组分能和基体材料充分融合，进而制的一种新的结构特征和新的性能的材料的改性方法。
1.2.1 聚合物共混的方法
根据宽泛的概念，我们通常所说的聚合物的共混改性主要由物理共混、化学共混以及物理/化学共混三种方法完成的。在实验研究中，更加常用的分类方法是根据材料共混物的状态来分类，由此可以分为熔融共混、溶液共混以及乳液共混等[2]。秉承这些分类的方法可以使得我们对于共混改性有一个清晰的框架的认识，同时也为我们研究过程中对于方法的选择有着很好的指引作用。同样，在如何制备聚合物共混物方面也有着明确的方法，聚合物共混物的制备方法主要有[3]：
① 机械共混法：在混合设备中将聚合物各组分混合均匀；
② 溶液共混法：把聚合物所有的组分溶解于同一溶剂中，再除去溶剂得到共混物的方法；
③ 乳液共混法：使不同聚合物的乳液均匀混合共沉析的方法；
④ 共聚—共混法：这是一种化学方法；
⑤ 互穿网络聚合物的方法（IPN）。
1.2.2 聚合物共混改性的优点
共混之后制得的共混物的力学性能、热学性能，光学性能以及其它方面的性能都会产生明显的变化。共混改性中一个比较成功的例子就是聚合物的增韧，许多具有很高韧性的材料都是通过这样的方法制造出来的，而且得到了广泛的应用。通而且过聚合物的共混还能够实现共混各组分在性能上的互补，从而开发出综合性能比较优越的材料。从经济方面来说，根据不完全统计，一种新型的聚合物，于研制作为起点到最终的成功需要庞大的研究经费。但是，如果把价格昂贵和价格低廉的聚合物利用共混的方法进行改性，而且不降低又或者只是稍微降低原基体材料的性能，那么这样的方法就可以作为降低成本的很好的途径[4]。
也正是因为共混改性如此多的优点，使得它成为最近几十年来材料科学研究领域和工业、农业的许多应用领域的一个热门的话题，而也就是在这段时间内聚合物共混改性的技术迅速地发展起来。共混改性能够将各组分的优越性能组合起来，使得复合后的材料的性能明显地改善或者使得材料具备原来聚合物没有的新性能，这不但丰富了高分子材料研究的内容，也为高分子材料的开发和利用展现了一片广阔的前景[5]。不难预见，共混技术在材料研究领域发挥着重要的作用的同时，也仍将是材料科学最活跃的科学研究领域之一。
1.3 基体材料
1.3.1 高密度聚乙烯（HDPE）的简介
作为最常用的通用塑料之一的高密度聚乙烯（HDPE），其结晶度高，是非极性的热塑性树脂。HDPE的表面颜色呈现出乳白色，而在其截面上则会有一定的透明性。在利用淤浆法、气相法和少数溶液加工法生产得到的聚乙烯的过程中，条件的不同使得聚乙烯的结晶度不同，HDPE的结晶度在85%～90%之间。与此同时，HDPE的支链较少，密度高（0.941～0.965g/cm3），熔点在142℃左右，加工温度在180℃～230℃之间为宜，分解温度约为300℃。成品的高密度聚乙烯为无毒、无臭、无味的白色颗粒，其具有较好的耐热性和耐寒性，而且化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好，介电性能以及耐环境应力开裂性能亦较好。
1.3.2 HDPE的应用
HDPE不吸湿而且具有很好的防水蒸汽性，可以用来制成包装类的材料。其又具有很好的电绝缘性能，比较适合做成电线电缆。此外，HDPE因其高强度还适合做成中空制品，可用吹塑法制成瓶、桶、罐、槽等容器，或用浇铸法制成槽车罐和贮罐等大型容器[6]。现如今使用比较多的是管材方面的应用，可以利用挤出成型的方法进行生产。还有编织网，渔网，注塑较低档日用品及外壳，非承载荷构件，胶箱，周转箱等诸多方面。在不断地研究和发展下，HDPE的应用范围也越来越广，而且在不断拓宽HDPE的使用范围的同时，也继续在深度方面不断地前进。
摘 要
将高密度聚乙烯（HDPE）、SEBS（苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯的嵌段共聚物）、纳米二氧化硅（nm-SiO2）以及阻燃剂进行熔融共混，注塑得到一系列样条并且对力学性能、热性能、维氏硬度以及TGA等进行了研究。结果表明：SEBS的加入能够大幅度地提高HDPE的抗冲击能力，熔体流动指数得到了提升，但是拉伸和弯曲强度以及模量有所降低、而对硬度和热稳定性影响不大。纳米二氧化硅的加入使得基体材料的拉伸强度、拉伸模量和弯曲强度、弯曲模量都有一定的提升，其它性能影响不大。由TGA测试可知，随着阻燃剂含量的增加，共混物的起始分解温度提高，从侧面说明了HDPE的阻燃性能得到了改善。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:HDPESEBSnm-SiO2共混改性
目 录
1.绪论 1
1.1 引言 1
1.2 共混改性 1
1.2.1 聚合物共混的方法 1
1.2.2 聚合物共混改性的优点 2
1.3 基体材料 2
1.3.1 高密度聚乙烯（HDPE）的简介 2
1.3.2 HDPE的应用 3
1.3.3 HDPE的加工性能 3
1.3.4 HDPE的改性研究进展 3
1.4 SEBS弹性体 6
1.4.1 SEBS的简介 6
1.4.2 SEBS的加工方法 6
1.4.2 SEBS的改性机理 7
1.5 纳米二氧化硅（nm-SiO2） 7
1.5.1 简述 7
1.5.2 nm-SiO2的应用和制备方法 8
1.5.3 纳米二氧化硅的改性机理 8
1.6 阻燃剂 9
1.6.1 阻燃剂的概述 9
1.6.2 DBDPE协同Sb2O3阻燃机理 9
1.7 课题设计思路与研究内容 9
2.实验部分 11
2.1 实验药品及仪器 11
2.2 课题研究方法 11
2.3 实验流程 12
2.3.1 流程简述 12
2.3.2 流程简图 13
2.4 主要实验仪器的操作 13
2.4.1 注射成型机的操作流程 13
2.4.2 熔融指数仪操作流程 14
2.4.3 热失重分析仪的操作 14
3.结果和讨论 15
3.1 力学性能的分析 15
3.1.1 拉伸强度和模量 15
3.1.2 弯曲强度和模量 17
3.1.3 冲击强度 19
3.2 硬度的分析 20
3.3 熔体流动指数 21
3.4 热重分析 21
4.结论 28
参考文献 29
致谢 31
1.绪论
1.1 引言
高密度聚乙烯（HDPE）在研究出的初期，技术还尚未成熟，所以它的用途和市场范围很窄。之后，随着技术的不断发展，生产设备渐渐地完善，在后来的研究过程中发现了高密度聚乙烯的很多优点，诸如其很好的耐化学腐蚀性能，较高的刚性和韧性，较好的机械强度等。进而，人们渐渐意识到它的优越性，从而在对HDPE的研究也进一步地加深。而与此同时也在不断地发展它的多用途以及开拓它的新市场。到目前为止，高密度聚乙烯被广泛地应用于包装、食品、化学工业、汽车以及日常生活等方面。也正是随着技术的不断发展，使得高密度聚乙烯成为了用量最大的通用塑料之一。
但是，在近些年的研究或者日常生活中，我们不难发现以往一些HDPE的制品在使用了一段时间后会出现变脆、强度降低等性能的退化的现象，这就使得材料不能得到最大限度地使用。材料单一地做成产品不单单产生使用寿命较短的问题，这也是我国每年对于HDPE的需求量持续增加的原因所在。跟据调查显示[1]，在2010到2012的两年的时间里我国HDPE的产能增加了73.6万吨/年，而即使是这样高速的增加产能的情况下我国还是需要从国外进口HDPE。问题的存在也迫使学术界研究改善高密度聚乙烯的性能，从而使得产品得以长时间的使用。这样的方法经实际证明存在很大的可行性，在提高许多产品性能的同时，也能对HDPE需求量有着一定的控制。
1.2 共混改性
共混改性是聚合物改性最为简便且很有效果的方法，它指的是把两种或两种以上的聚合物材料、无机材料以及助剂加上被改性的材料（又叫基体材料）在一定温度下通过适当的加工方法，使得各组分能和基体材料充分融合，进而制的一种新的结构特征和新的性能的材料的改性方法。
1.2.1 聚合物共混的方法
根据宽泛的概念，我们通常所说的聚合物的共混改性主要由物理共混、化学共混以及物理/化学共混三种方法完成的。在实验研究中，更加常用的分类方法是根据材料共混物的状态来分类，由此可以分为熔融共混、溶液共混以及乳液共混等[2]。秉承这些分类的方法可以使得我们对于共混改性有一个清晰的框架的认识，同时也为我们研究过程中对于方法的选择有着很好的指引作用。同样，在如何制备聚合物共混物方面也有着明确的方法，聚合物共混物的制备方法主要有[3]：
① 机械共混法：在混合设备中将聚合物各组分混合均匀；
② 溶液共混法：把聚合物所有的组分溶解于同一溶剂中，再除去溶剂得到共混物的方法；
③ 乳液共混法：使不同聚合物的乳液均匀混合共沉析的方法；
④ 共聚—共混法：这是一种化学方法；
⑤ 互穿网络聚合物的方法（IPN）。
1.2.2 聚合物共混改性的优点
共混之后制得的共混物的力学性能、热学性能，光学性能以及其它方面的性能都会产生明显的变化。共混改性中一个比较成功的例子就是聚合物的增韧，许多具有很高韧性的材料都是通过这样的方法制造出来的，而且得到了广泛的应用。通而且过聚合物的共混还能够实现共混各组分在性能上的互补，从而开发出综合性能比较优越的材料。从经济方面来说，根据不完全统计，一种新型的聚合物，于研制作为起点到最终的成功需要庞大的研究经费。但是，如果把价格昂贵和价格低廉的聚合物利用共混的方法进行改性，而且不降低又或者只是稍微降低原基体材料的性能，那么这样的方法就可以作为降低成本的很好的途径[4]。
也正是因为共混改性如此多的优点，使得它成为最近几十年来材料科学研究领域和工业、农业的许多应用领域的一个热门的话题，而也就是在这段时间内聚合物共混改性的技术迅速地发展起来。共混改性能够将各组分的优越性能组合起来，使得复合后的材料的性能明显地改善或者使得材料具备原来聚合物没有的新性能，这不但丰富了高分子材料研究的内容，也为高分子材料的开发和利用展现了一片广阔的前景[5]。不难预见，共混技术在材料研究领域发挥着重要的作用的同时，也仍将是材料科学最活跃的科学研究领域之一。
1.3 基体材料
1.3.1 高密度聚乙烯（HDPE）的简介
作为最常用的通用塑料之一的高密度聚乙烯（HDPE），其结晶度高，是非极性的热塑性树脂。HDPE的表面颜色呈现出乳白色，而在其截面上则会有一定的透明性。在利用淤浆法、气相法和少数溶液加工法生产得到的聚乙烯的过程中，条件的不同使得聚乙烯的结晶度不同，HDPE的结晶度在85%～90%之间。与此同时，HDPE的支链较少，密度高（0.941～0.965g/cm3），熔点在142℃左右，加工温度在180℃～230℃之间为宜，分解温度约为300℃。成品的高密度聚乙烯为无毒、无臭、无味的白色颗粒，其具有较好的耐热性和耐寒性，而且化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好，介电性能以及耐环境应力开裂性能亦较好。
1.3.2 HDPE的应用
HDPE不吸湿而且具有很好的防水蒸汽性，可以用来制成包装类的材料。其又具有很好的电绝缘性能，比较适合做成电线电缆。此外，HDPE因其高强度还适合做成中空制品，可用吹塑法制成瓶、桶、罐、槽等容器，或用浇铸法制成槽车罐和贮罐等大型容器[6]。现如今使用比较多的是管材方面的应用，可以利用挤出成型的方法进行生产。还有编织网，渔网，注塑较低档日用品及外壳，非承载荷构件，胶箱，周转箱等诸多方面。在不断地研究和发展下，HDPE的应用范围也越来越广，而且在不断拓宽HDPE的使用范围的同时，也继续在深度方面不断地前进。
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