改性氧化鋅晶須改善PP-R性能分析

孫秀慧（廣東聯塑科技實業有限公司，廣東佛山 528318）

改性氧化鋅晶須改善PP-R性能分析

孫秀慧（廣東聯塑科技實業有限公司，廣東佛山 528318）

氧化鋅晶須是近年發展的一種新型的增強材料，其借助自身獨特的空間四角針狀結構，能夠與基體相互構成網狀空間結構，能夠明顯提升樹脂的性能。論文采用經過0.5% KH506偶聯劑改性之后的氧化鋅晶須用以提升PP-R樹脂的性能，然后對改善之后的PP-R樹脂材料的力學性能、熱學性能、抗菌性能等進行驗證。

氧化鋅晶須；改性；PP-R樹脂；性能

PP-R管材本身在耐高壓、耐高溫等方面具有出色的性能，是當前應用較為廣泛的一種建筑用管道材料，尤其是在供水管方面的應用已經非常突出。PP-R樹脂是PP-R管材生產中最主要的原材料，具有較好的耐熱性能。氧化鋅晶須的晶體結構中包含了大量的原子氧，氧化活性非常高，可以對細菌產生極大的破壞性，從而達到較好的抑菌效果，對于提升PP-R樹脂的性能具有極好的效果。

1 實驗

1.1 實驗原料

PP-R樹脂材料為揚子石化的F401，氧化鋅晶須選擇10～20μm長的市場銷售普通產品；KH506偶聯劑[1]。

1.2 實驗設備

TSJ-25雙螺桿擠出機，同向旋轉，L/D=30:1；PS40E5ASE型精密注射機；日本島津AG-10TA型電子拉力機；DUPONT200型熱變形溫度儀；日本電子公司JEM-100CX型電子顯微鏡；烘箱，超聲波振蕩儀，76-1型恒溫玻璃水浴電動攪拌機，JL-1155型激光粒度分布測試儀；FA2004型電子分析天平；紫外分析儀；分光光度計。

1.3 晶須表面處理及樣品制備

按照一定比例在乙醇溶劑中加入KH506偶聯劑，讓后將氧化鋅晶須放入溶劑中，并進行超聲波分散處理，持續20min，之后經過過濾，并在100℃條件下進行烘干備用。按照一定比例將氧化鋅晶須與PP-R樹脂材料混合攪拌，在摻入添加劑之后，將樹脂放入高速捏合機中進行高速捏合，在130℃時出料；然后與經過處理的氧化鋅晶須在雙輥機上混合，并將溫度控制在210℃，最后模壓成型。

1.4 材料性能測試

分別按照ASTMD638標準和ASTMD648標準對PP-R樹脂材料的拉伸性能和熱變形溫度進行測試[2]。通過液氮對試樣進行低溫脆斷，然后用電子顯微鏡對試樣進行掃描，獲取電鏡照片。利用菌液滴下法對材料的抗菌性進行測試。

2 實驗結果分析

2.1 氧化鋅晶須用量對PP-R樹脂性能產生的影響

為了分析利用KH506改性后的氧化鋅晶須對PP-R樹脂材料性能產生的影響，在試驗過程中，分別按照1%、2%、3%、4%、5%的比例將氧化鋅晶須與PP-R樹脂混合，然后模壓成型，并與未添加氧化鋅晶須的PP-R樹脂材料的性能進行對比，主要包括拉伸性能、斷裂伸長率、熱變形溫度和維卡溫度軟化點四個性能指標。

根據測定數據結果來看，在不添加氧化鋅晶須時，PP-R樹脂的斷裂伸長率以及熱變形溫度分別只有45%和72℃，但是在添加5%的改性氧化性晶須之后，其斷裂伸長率達到113%，提升率超過一倍，熱變形溫度也達到100℃[1]，從數據得出添加5%的改性氧化鋅晶須，對于改善PP-R樹脂的性能為適宜。具體測定結果如表1所示。

表1 氧化鋅晶須用量對樹脂性能產生的影響

2.2 PP-R樹脂斷面形貌及晶須在基體中的分散性

圖2（a）和（b）分別給出了未添加改性氧化性晶須以及添加改性氧化鋅晶須之后PP-R材料斷面放大1000倍的掃描電鏡照片。從兩圖中可以看出，PP-R樹脂在經過改性氧化性晶須改善性能之后，結構更加緊密，分散相粒子的尺寸下降，分布性也進一步提升，形成了整體性的空間網絡狀結構，這對于提升PPR樹脂的性能具有明顯的增強作用。

圖2 添加晶須后PP-R材料斷面SEM照片

2.3 改性PP-R樹脂的抗菌性實驗

氧化鋅晶須本身的結構特點以及其氧化活性，決定了其對細菌的生物活性和繁殖具有極強的破壞能力。為了對不同氧化鋅晶須添加量與PP-R材料抗菌性能之間的關系進行分析，仍然按照1%～5%的比例使氧化鋅晶須與PP-R樹脂材料進行共混，在試驗中選擇大腸桿菌作為對象，從具體的實驗結果數據可以看出，在未添加改性氧化鋅晶須的情況下，PP-R樹脂的滅菌率僅僅只有20%，而在添加5%的改性氧化性晶須之后，PP-R樹脂的滅菌率上升到70%。綜合分析結果來看，選擇5%比例的改性氧化鋅晶須添加到PP-R樹脂材料中進行共混，能夠極大的改善其力學性能和熱學性能，同時還能實現極強的抑菌作用，能夠進一步擴大PP-R樹脂材料的應用范圍。

3 結語

論文通過對改性氧化鋅晶須對PP-R樹脂的各方面性能的影響，通過掃描純PP-R和添加改性氧化鋅晶須的PP-R樹脂的斷面以及結構情況，主要得到了以下三個方面的結論：

（1）經KH560偶聯劑改性處理后的氧化鋅晶須可較大地提高PP-R樹脂的性能。實驗結果表明，當添加比例為5%的改性氧化鋅晶須之后，材料的熱變形溫度以及斷裂伸長率都得到了極大的提升。

（2）改性氧化鋅晶須的加入，還可有效提高PP-R樹脂的抗菌性能，當晶須添加為5%時，材料的抗菌性能達70%。

（3）SEM顯示通過添加改性氧化性晶須之后，PP-R樹脂與氧化性晶須的粒子結構能夠緊密結合，構成整體性的空間網狀結構，從而起到了增強增韌和提高耐熱性的目的。

[1]張建交.納米氧化鋅的水熱合成及其氣敏性能[D].哈爾濱理工大學,2014.

[2]王琪琳.CaSO4晶須/納米TiO2/PP-R樹脂復合材料的制備及紫外老化性能研究[J].材料導報,2013(20):63-66+83.

[3]吳國峰,常笑蕾,胡書春,趙岸,古公兵,楚瓏晟.氧化鋅晶須/聚苯胺核殼結構復合物的制備與性能研究[J].功能材料,2008 (10):1720-1723.