片状纳米Cu／LDPE复合薄膜制备及性能研究.pdf

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^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^．^^^^^^^片状纳米Cu／LDPE复合薄膜制备及性能研究王通文高宇王新龙(南京理工大学化工学院，江苏，南京，210094)摘耍：通过熔融共混和吹塑薄膜技术，制得一种新型片状纳米铜粉／低密度聚乙烯(LDPE)复合薄膜。通过傅立叶红外谱仪(FTIR)、x射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、热失重(TG)和盐雾测试等研究手段，研究了片状纳米铜粉加入及其加入量对薄膜防腐、耐热、力学等性能的影响。结果表明：片状纳米铜粉的加入对LDPE的防腐性能有较大的提升；同时，复合薄膜的耐热性能及力学性能也得到提高；随着片状纳米铜粉加入景的增加，耐热性能及力学性能呈先增大后降低的趋势，当片状纳米铜粉加入质量分数为5时，复合薄膜的综合性能最佳。关键词：片状纳米铜粉低密度聚乙烯薄膜防腐耐热性能力学性能PreparationandCharacterizationofNanoFlakeCu／LDPECompositeFilmsWangTongwenGaoYuWangXinlong(SchoolofChemicalEngineering，NanjingUniversityofScienceandTechnology，Nanjing，Jiangsu，210094)Abstract：Anovelcompositefilm，nanoflakecopper／lowdensitypolyethylene(Cu／LDPE)nanocomposite，waspreparedviamelt—blendandfilmblowingtechnique．FTIR，XRD。SEM。TGandsaltspraytestwereemployedtocharactertheresultantnanocom—posites．Theinfluenceofthepresenceanditsdosageofnanoflakecopperontheanticor—rosion，heatresistance，mechanicalpropertiesandotherpropertiesofthecompositefilmswasstudied．TheresultsshowthattheintroductionofnanoflakecopperintoLDPEim—provessignificantlytheanticorrosionpropertiesofthepolymer．Atthemeantime，the^，ii．．．iiiiiiiiiiiiiiimechanicalpropertiesandthermalstabilityofthecompositefilmsarealsoenhanced．Withtheincre!aseoftheamountoffiller，heatresistanceandmechanicalpropertiesshowthetendencyoffirstincreasingandthenreducing．Comprehensiveperformanceofthecom—positefilmsisoptimalwhenthemassratioofnanoflakecopperis5．Keywords：nanoflakecopper；lowdensitypolyethylene；film；anticorrosion；heatre—sistance；mechanicalproperty随着自然环境的不断恶化，大气中所含的具有优异的延展性、阻水性、透明性以及耐化学性sO，NO和Hs等腐蚀性气体含量增加，其对于等特点，在作为防腐薄膜基材方面被广泛应用。由金属材料的腐蚀也越发严重[1]。对于金属的腐蚀，现有的防腐方法主要有：涂抹防锈油，气相缓蚀薄膜以及真空干燥包装薄膜等，其中前沿技术为气收稿日期：2014—01—26I修改稿收到日期：2014—04—15。相缓蚀(VCI)技术。VCI虽然具有较好的防腐作作者简介：王通文(199O一)，男，南京理工大学在读研究生，用，但常采用酚芳胺、亚硝酸盐、铬酸盐、苯比三氮从事塑料改性与加工研究。唑等缓蚀剂，会对操作人员造成危害并污染环*通信联系人。E-mail：wxlong@njust．edu．cn。基金项目：江苏省科技型企业技术创新资金资助项目境。因此，无污染、低能耗、多功能防腐包装材(BC20t2180)；江苏高校优势学科建设工程资助项目。料的研究成为人们关注的热点之一。聚乙烯薄膜现代弛l十加工应}日I 王通文等．片状纳米Cu／LDPE复合薄膜制备及性能研究2．2复合薄膜的FTIR分析薄膜的FTIR曲线如图2所示。IDPE分子中仅含有亚甲基基团，其FTIR曲线较为简单，2916，2849和l463CVII处分别对应的一CH一的反对称伸缩振动峰、对称伸缩振动和弯曲振动峰；720cm出现的吸收峰则为[CH]链(”>4)的弯曲振动峰。比较复合薄膜与IDPEFTIR曲102030405060708o线可以确定，复合后的薄膜试样的红外吸收峰位置20／(。)均没有发生明显变化，说明片状纳米铜粉和IDPE间无明显的化学作用，其分散于大分子空隙以及链图3薄膜试样的XRD段结构间，并没有影响IDPE的整体内部分子2．4复合薄膜的耐热性能分析结构。对复合薄膜试样进行热失重分析发现，复合薄膜开始出现失重的温度均比纯LDPE薄膜的要高，说明其耐热性能要好于纯IDPE膜的。片状纳米铜粉的加入使薄膜的t(质量损失10％时的温度)和t。(质量损失5O％时的温度)显著增大；当片状纳米铜粉加入质量分数为5时，复合薄膜的t。较纯IDPE薄膜提高了49℃，t。提高了41．3℃，达到峰值；当加入量继续增加时，热降解0002bOOZuuUlbUU1UUU温度减小缓慢。说明适量片状纳米铜粉的加入对波数／咖提高薄膜试样的耐热性是有益的。图2复合薄膜的FTIR2．5复合薄膜的盐雾测试结果分析2．3复合薄膜的XRD分析盐雾测试结果如图4所示。裸露放置于盐雾各试样的XRD曲线如图3所示。片状纳米铜环境下的铁块，发生严重腐蚀，腐蚀率(金属表面腐粉仅在43．407。，50．556。和74．297。处出现铜的特蚀面积占总表面积的比率)为100。将铁块放入征峰，未出现其他衍射峰，说明所用片状钠米铜粉纯IDPE袋子中，腐蚀率降低，仅为21．4。虽然达到了较高的纯度。通过比较纯IDPE，片状纳米腐蚀率出现了明显的降低，但铁块表面仍能清晰的铜粉及复合材料的XRD曲线发现，复合薄膜中未观察到腐蚀锈迹。说明纯IDPE的防腐性能还有出现新的衍射峰，进一步说明复合材料是片状纳米待提高。将铁块分别放入复合薄膜袋子中时，腐蚀铜粉和IDPE基体问简单共混的产物。将经过盐率EC一3．5为1．2，EC一5为0．5，EC一8为雾测试的EC一16薄膜(EC一16一Y)以及磨掉其表面0．4，EC—l6为0．9，铁块的腐蚀情况得到进0．05mm厚度后的薄膜(EC一16YM)的XRD曲线一步改善，金属表面仅能观察到少量锈迹，说明片进行比较分析，两者均出现了ECl6薄膜中未出现状纳米铜粉的引入有效地增强了薄膜的防腐效果。的Cu()的特征峰，说明在盐雾测试过程中，薄膜同时，腐蚀率还随着片状纳米铜粉的加入量的增中的片状纳米铜粉与腐蚀性物质发生了反应。加，出现先增大后减小的趋势。通过XRD曲线，计算得IDPE薄膜的结晶度在盐雾环境下，腐蚀物质与铁块直接接触，铁块为59．59，EC一3．5，EC一5，EC一8，EC一16薄膜的结严重腐蚀；而放置于纯LDPE薄膜中时，薄膜将铁块晶度分别为61．32，68．739／6，65．05和与腐蚀盐雾环境隔绝开来，腐蚀情况得到改善，但是55．17。片状纳米铜粉的加入对薄膜的结晶度产由于LDPE薄膜并不是完全密闭的，薄膜中存在的生影响。随着片状纳米铜粉加入量的增加，结晶度链段缺陷在内部形成了小的通路，导致O、水和Cl～呈先增加后减少趋势。说明适量的片状纳米铜粉等部分渗透进入薄膜，使铁块发生局部腐蚀。当片在LDPE结晶过程中起到一定的异相成核作用，但状纳米铜粉加入时，腐蚀情况得到很好的改善。原当加入量过多时，则又会影响结晶，使结晶度降低。因是：首先，加入的片状纳米铜粉的侧面尺寸仅为·7·1l26(4)MODERN¨PLASⅢTICSl现一弋尘}a：左用