第36卷第11期 塑料工业 2008年11月 CHINA PI。A ⅡCS INDUSTRY ・55 - PPS/PA6/纳米CaCO3复合材料的形态及 性能研究 王波 ,卫晓明 。侯康 ,代路 ,王孝军 .一,杨杰 ,。・ (1.四川大学高分子科学与工程学院,四川成都610065;2.四川大学材料科学技术研究所,mill成都610064; 3.高分子材料工程国家重点实验室,四川成都610065) 摘要:通过熔融挤出制备了PPS/PA6/纳米CaCO3三元复合材料,并通过原子吸收光谱、流变仪、扫描电镜对复合 体系进行了表征,研究了纳米CaC03对PPS/PA6体系形态性能的影响。结果表明,纳米CaCO3主要分布在P 相中, 而在PPS/PA6两相界面处和PA6相中分布较少;纳米CaCO3的加入使PPS黏度上升而使PA6的黏度略有下降,PPS/ PA6体系由原来的PA6连续相PPS颗粒相结构变为两相共连续的结构,且在注塑流动方向上PPS呈纤维状取向分布。 关键词:聚苯硫醚;尼龙6;纳米碳酸钙;形态 中图分类号:TQ326.53;TQ323.6 文献标识码:B 文章编号:1005—5770(2008)11—0055—03 Study on Morphology and Property of PPS/PA6/N锄O-CaCO ̄Composite WANG Bo ,WEI Xiao.uring ,HOU Kang ,DAI h】 ,WANG Xiao-jun ,一,YANG Jie2’ (1.College of Polymer Sci.&Eng.,Sichuan University,Chengdu 610064,China; 2.Institute of Materials Sci.&Tech.,Sichuan University,Chengdu 610064,China; 3.State Key Lab.of Polymer Materials Eng.of China,Chengdu 610065,Chian) Abstract:Polyphenylene sulfide(PPS)/nylon6/nano—CaC03 composites were prepared by means of melt blending on a twin-screw extruder followed by injection molding.The composites were characterized by means of atomic absorption spectrometry(AAS),theology and scanning electron imcroscopy(SEM).The effect of llano—Ca— C03 on the morphology and property of hte composite were studied.The results showed nano—CaCO3 located mainly in PPS phase.but less in the interface ofPPS/PA6 and PA6 phase.The addition ofnano—CaCO3 made the viscosi- ty 0f PPS increased and that of PA6 decreased slightly.A typical sea-islnad stmcture for PPS/PA6 blends wihtout Nano—CaC03 Was observed.By the addition of nano-CaCO3 the morphology of PPS/PA6 was changed greatly and PPS appeared a fiber like structure along the injection direction. Keywords:Poly(phenylene sulfide);Polyamide 6;Nano—CaCO3;Morphology 近几年对聚合物/聚合物/无机粒子三元复合材料 态和流变行为,可以从理论上探讨复合材料结构与性 的研究受到越来越多的关注_1。]。根据无机粒子与两 能的关系,对于确定材料的制备以及加工成型条件具 种高聚物之间的作用,无机粒子在树脂基体中的分布 有重要意义【 。本文主要研究了纳米CaCO3对PPS/ 可能有三种情况:分布在某一相当中,分布在两相及 PA6(质量比70/30)体系的形态结构的影响,详细 界面上¨4』。大部分非相容高分子共混物的性能取决于 讨论了纳米CaCO3在PPS/PA6体系中的分布及分布 相的形态结构和相区尺寸,而其形态极大的依赖于在 对复合材料微观形态的影响。 共混过程中的流体性质、界面张力、黏度等材料因素 1实验部分 及共混温度、螺杆速率等加工参数_5 I7j。无机粒子的 1.1原料 加入可以改变高聚物的流动性,同时对两相之间的界 聚苯硫醚:Mw=~45 000 g/tool,四川大学聚星 面产生影响_8 J。研究不同填充聚合物体系的微观形 材料中心;PA6:YH3400,密度1.157 g/cm3,岳阳巴 *十一五863资助项目(2007AA03Z561) ** 联系人ppsf@SCU.edu.cn 作者简介:王波,男,硕士研究生,主要从事聚芳硫醚树脂共混及性能研究。190388689@qq.COB 塑料工业 2008正 陵石化化工化纤有限公司;纳米碳酸钙:TB.119,粒 径40~60 nil3.,北京纳诺科技有限公司;甲酸:AR, 成都市科龙化工试剂厂。 1.2共混物制备 由表1可知,PPs/纳米CaCO3中ca2 离子实测 质量浓度为9.99 mg/L,仅为理论质量浓度的3.2%, 可以看出纳米CaCO 在PPS表面分布得较少。PA6/ 将PPS树脂、PA6树脂、纳米碳酸钙在80℃下 干燥8 h,在高速混合器中混合均匀后,在双螺杆挤 出机机中熔融挤出,制得一系列不同纳米CaCO 用量 纳米CaCO 溶液中Ca2 离子实测质量浓度为近似等 于理论质量浓度,可以看出甲酸是PA6的良溶剂, 纳米CaCO 完全溶于甲酸溶液。在PPS/PA6/纳米ca— c 三相体系中Ca2 的实测质量浓度仅为理论质量浓 的PPS/PA6/纳米CaCO 三元复合材料。复合材料的 挤出温度设置:一区220、230、245℃,二区260、 280、290℃,三区300、310℃,机头310、312℃, 熔体286 oC。 1.3性能测试与表征 样品结构微观观察:将样条在液氮中脆冷30 arin,然后沿流动和垂直流动方向分别脆断,在室温 下用甲酸溶液刻蚀脆断面,浸渍10 min后取出用去 离子水反复冲洗。用JSM.5900型扫描电子显微镜观 察形貌。 流变性分析:取熔融共混制备的粒料,测试前在 80 的真空烘箱中干燥6 h。在Instron cFr.500D毛细 管流变仪上进行复合材料的熔体流动性测试,口模长 径比为10:1,测试温度300℃。 纳米CaC03分布情况分析:取熔融共混后粒料粉 碎成200目后取少许称量,分别溶于80℃下的甲酸 溶液,由于甲酸是PA6的良溶剂而PPS不溶于甲酸, 所以在PA6中及PPS与PA6两相界面上的纳米CaC03 溶于甲酸溶液当中,加去离子水稀释甲酸溶液,过滤 沉淀出的聚合物。在Spectr AA一220上测试钙离子质 量浓度,根据溶液中钙离子的含量可以推算出纳米 CaC03在复合材料中的分布。 2结果与讨论 2.1纳米CaCO3在PPS/PA6体系中的分布 在做进一步讨论之前,确定纳米CaCO 在PPS/ PA6体系中的分布尤为重要,这将为下一步的讨论提 供理论依据。将PPS/纳米CaCO PA6/纳米CaCO PPS/PA6/纳米CaC03粉碎配置溶液(其中,纳米ca— C03的质量分数均为3%),在原子吸收光谱仪上测试 溶液中的钙离子质量浓度,结果如表1所示。 表1复合材料中的钙离子质量浓度 Tab 1 Concentration of Ca2 in composite 度的21%,由于PPS不溶于甲酸,可知溶液中的 Ca2 离子为PA6相及PPS/PA6两相界面上处的纳米 CaCO 。分析以上数据可以得出,在PPS/PA6/纳米 CaC03三相体系中纳米CaCO3主要分布于PPs中,而 在PA6与PPS/PA6两相的相界面上分布较少。 2.2纳米CaCO3对黏度的影响 吣 - 山 越 糯 图1 300℃ PPS及PA6黏度随剪切速率的变化 Fig 1 Melt viscosity of PPS and PA6 As a function of shear rate at 300℃ 图1为添加不同用量纳米CaCO 的PPS和纯PA6 的黏度的变化。从图1可以看出,纯PPs的黏度明显 高于纯PA6,特别是在低剪切速率下二者的黏度相差 更大,随着剪切速率的增大二者的黏度均呈下降趋 势,而PPS对剪切更为敏感,随着剪切的增大黏度急 剧下降,在剪切速率为1 250 s 后趋势变缓。加入纳 米CaCO3后PPS的黏度比纯PPs更大,可见纳米Ca— CO3对PPs有增稠作用。图1并没有PA6添加纳米 CaCO3的剪切一黏度曲线,这是因为在相同的测试条 件下,PA6/CaCO3的测试无法进行,但根据实验现象 可以看出PA6/CaC03的黏度比纯PA6要略低。 由图1还可看出,虽然PPS的黏度随纳米CaCO 的加入有所增加,但呈先升高后降低的趋势,这可能 是因为当纳米CaCO3用量较少时,纳米CaCO3填充于 P 链的间隙,增强了链问作用,所以黏度升高,但 随着纳米CaC03用量的增加,其团聚作用表现越强, 链间的纳米CaCO3用量增加到一定程度的时候反而在 分子链问起到润滑的作用,从而黏度又会有所下降。 2.3复合材料的断面形貌分析 第36卷第11期 王波等:PPS/PA6/纳米CaCO3复合材料的形态及性能研究 ・57・ b d g h 图2不同纳米碳酸钙用量的复合材料的 电镜照片 Fig 2 SEM photos of composites with diferent nano-CaCO3 contents 纳米CaCO3质量分数:a、e~0%;b、f一2%; c、g一5%;d、h一10%;a、b、e、d为沿垂断面方向 的断面,e、f、g、h为沿注射流动方向的断面。 图2为PPS/PA6(质量比70/30)添加不同用量 的纳米CaCO3的电镜照片。由图2可以看出,当不添 加纳米CaCO 时,尽管PPS的用量占了总质量分数的 70%,PPS仍在体系中呈不规则颗粒与球状分布,而 PA6呈连续相。随着纳米CaCO3的加入,PPS/PA6相 中的PPS由不规则颗粒与球状变为垂断面方向的连续 相结构,流动方向呈纤维状取向结构。随着纳米ca. c 用量的增加,垂断面方向PPS呈柱状排列,且 PPS的断面有明显的孔状结构,且随着纳米CaCO3用 量的增加而增大,而流动方向纤维状取向排布更明 显,且纤维直径有增大的趋势。 PPS与PA6的两相界面光滑,几乎无孔状结构, 可知纳米CaCO3在两相的相界面上分布很少。而在 PPS的脆断面的空洞可以看出,纳米CaC03在PPS相 中分布较多。从原子吸收光谱和毛细管流动性测定 知,纳米CaCO 主要分布在PPS中而使其黏度上升, 这使得PPS与PA6的黏度比变大,在共混过程中受 流拉伸与剪切作用下PPS被拉伸呈纤维状沿流动方向 排布,低黏度的PA6相向高黏度的PPS传递剪切应 力更加困难,从而使PPS纤维状结构难于破碎,最终 易于形成PPS纤维状结构。 3结论 纳米CaCO3在共混体系中选择性地分布在PPS 相,而在PA6相较少;纳米CaCO 的加入使PPS黏度 上升,而对PA6的黏度影响不大;加入纳米CaCO3 后,PPS相由无规颗粒状变为沿流动方向呈纤维状取 向结构。 参考文 献 [1]FAMULARI A,AROSIO P S,FILIPPI C,et a1.Clay-induced preferred orientation in polyethylene/compatib'dized clay nanocomposites EJ3.J Macremolecul Sci,Part B:Phys,2007, 46 B(2):355—371. [23 HIKASA S,NAGATA K,FUJIWAR A M,et a1.Effect fo Ca. co3 diameter O/1' impact sterngth of PP/SEBS/CaC03 composite lc]//Society of Polymer Science,Nagoya,Japan.Tokyo: Society of Polmyer Science,2006:2336. 13j ZOU H,ZHANG Q,FU Q,et a1.Clya locked phase morphol— ogy inthePPS/PA66/clay blends during compoundingin allinter- hal mixer[J].Polmyer,2006,47(1):6—11. 14j ZOU H,WANG K,ZHANG Q,et a1.Manipulatnig hte phase morphology in PPS/PA66 blends IlsiIlg clay[J].J Appl Polym Sci,2007,106(4):2238—2250. [5 3 HONG J S,SHON Jw,AHN K H,et a1.Morphology deve/. opment and theology of HDPE/PBT blends[c]//Society of Plastics Engineers.Nashville:Society of Plastics Engineers, 2003(10):3493—3497. (下转第61页) 第36卷第11期 徐一飞等:防水透湿型聚氨酯性能的研究 ・61 ・ 表3 PEG摩尔质量对水性聚氨酯基本性能的影响 的透湿性和断裂伸长率降低,耐水性增强。 1 3 B瞻ct of P_EG relative molecular mass on basic 表4 TMP对水性聚氨酯基本性能的影响 properties of waterborne polyurethane Tab4 Effect ofTMP on basic properties ofwaterbome oplyurethane 2.5交联剂TMP对水性聚氨酯性能影响 3结论 软段中引入聚乙二醇可大幅度提高水性聚氨酯涂 ・ 3 600 膜的透湿性,而聚丙二醇的引人对其透湿性能提高不 明显。提高聚乙二醇的摩尔质量,水性聚氨酯胶膜的 2400 阍 力学性能和涂层的透湿性增加,胶膜吸水率基本不 赠 变。软段中聚乙二醇用量越高,涂膜的透湿量越大, l 2O0 胶膜吸水率升高。添加0.83%(质量分数)的TMP 2U 30 40 50 后,涂膜的透湿量略有下降,但防水性明显提高。 温度/℃ 参考文 献 图5交联剂对涂层透湿量的影响 [1]权衡.温度感应型织物防水透湿整理剂的研制及性能研 Fig 5 Effect of TMP 013 moisture permeable quantity of coatings 究[D].天津:天津工业大学,2005. 表4和图5是交联剂TMP对水性聚氨酯性能影 [2]FLING W著.涂层和层压纺织品[M].顾振亚等译.北 响。从表4和图5可看出,当PEG(M =1 500 g/too1) 京:化学工业出版社,2006:65—68. 在软段中的质量分数为32%时,添加0.83%(质量 [3]杜明慧,李建树,钟银屏.防水透气聚氨酯薄膜及涂层 分数)TMP后,涂层的透湿量略有下降,胶膜拉伸强 的研究进展[J].聚氨酯工业,2003,18(1):1—4. 度增大。胶膜拉伸强度的增加和吸水率的降低导致涂 [4]KWAKY S,PARK SW,LEEYH.Preparationand proeprites fowaterborne polyurethanesforwater vaporpermeable coating nla 层耐静水压的提高,表明适度的交联可促进水性聚氨 tefials[J].J Appl Polym Sci,2003,89(1):123—129. 酯的防水性。这是由于TMP分子上3个一OH可与一 [5]李绍雄,刘益军.聚氨酯胶黏剂[M].北京:化学工业 NCO反应可形成交联结构,交联使得链段运动受阻, 出版社,1998:277. 分子链的柔性下降,导致胶膜的拉伸强度增大,涂层 (本文于2008—08—26收到) (上接第57页) (7):1050—1061. [6]LEE J K,IM J E,PARK J H,et a1.Morphology development [8]古菊,熊强,贾德民,等.羟基不饱和脂肪酸改性纳米 and crystallization behavior of poly(ethylene terephthalate)/ 碳酸钙对聚丙烯微观形态和流变性能的影响[J].高分子 polycarbonate blend[J].J Appl Polym Sci,2006,99(5): 学报,2008(4):25—31 2220—2225. l9J WANG Y,ZHANG Q,FU Q,ct a1.Compatibilization of im・ 【7j LIU H Z,XIU T X,ZHANG Y,et a1.Phase morphology de— miscible y(propylene)/polystyrene blends using clay[J]. velopment in PP/PA6 blends induced by a maleated thermoplastic Macromolecul Rapid Commtm,2003,24(3):231—235. elsatomer lJj.J Polym Sci,Part B:Polym Phys,2006,44 (本文于2008—07—22收到) 金融危机使拜耳公司80%的客户陷入困境 近日,拜耳材料科技公司表示,尽管其本身并未因为全球金融危机的影响而遭遇资金困难,但其客户却面临信贷困境。拜 耳材料科技公司首席执行官帕特里克・托马斯表示,拜耳各部门80%的客户是中小型企业,他们都需要为公司运营筹措资金。但 其表示,自己的公司并没有面临这方面问题。过去十年内,在亚洲最大的市场中国,伴随经济的蓬勃发展,拜耳材料科技公司 的销售增长率一直为两位数,该增长速度相当于中国经济年增长率的两倍。由于销量扩大,加之中国经济有放缓迹象,公司的 销售增长率可能会放慢,但仍将超过中国GDP的增长率。