无机填料物理化学特性对聚合物光氧化降解的影响机理研究

高分子复合材料中的无机填料对基体的老化降解会产生很大的影响。这种影响与无机填料的物理化学特性如化学组成、表面特性以及光化学特性有关。本课题针对填充不同粒径、不同表面处理的微米和纳米碳酸钙的聚丙烯复合材料，采用IR、UV、XPS、PGC-MS、SEM、TEM、DSC、GPC等多种表征方法，研究填料经不同表面处理前后的表面官能团及含量、紫外光吸收特性；填料在聚合物基体中的分散状况；填料对聚合物结晶形貌的影响等。通过人工加速光氧化和红外原位光氧化实验，研究聚丙烯复合材料的光氧化降解行为。采用化学计量学方法，寻找材料的光氧化行为与填料以上特性的关联，分析填料影响聚丙烯光氧化降解的关键因素以及各因素之间的相互作用。讨论填料对聚丙烯光氧化降解的影响机理。研究结果不仅有助于深入认识高分子材料老化降解机理，而且对于指导高分子复合材料的研制和应用，都有着重要的理论和实际意义。

本项目针对聚丙烯/碳酸钙复合材料，采用FTIR、DSC、XPS、元素分析等方法研究了复合材料的组成结构，包括PP的结晶形貌、碳酸钙的表面处理及其对PP结晶形貌的影响；研究了氙灯加速老化条件下，采用不同偶联剂（硬脂酸、钛酸酯、硅烷）和不同处理量处理不同含量、不同粒径（微米、纳米）的碳酸钙后，对PP光氧化的影响。结果表明：1）不同偶联剂处理碳酸钙后，都会在碳酸钙表面形成一层结合强度不同的偶联剂层。其中钛酸酯和硬脂酸的结合强度较高，而硅烷的结合强度较弱。硬脂酸还会与碳酸钙发生化学反应，生成硬脂酸钙，以化学键合的方式覆盖在碳酸钙颗粒的表面，或吸附/游离于复合材料中。2）单独的填料和偶联剂都会促进PP的光氧化，其中钛酸酯的促进作用最明显，而硅烷最弱。但是当二者同时存在时，由于相互作用的存在影响了各自的促进作用，反而表现为协同稳定作用，表现为其氧化程度位于单独添加填料和偶联剂时的两条曲线之间，而非两条曲线的叠加结果。3）发现了老化导致的界面增强现象。由于PP的光氧化产物起到了相容剂的作用，增强了PP和碳酸钙的相互作用，从而改善了界面的相容性。此外还有一些有意义的现象，将在下一个基金项目的支持下进一步深入探索。