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基本信息

項(xiàng)目名稱：
煤系粉體/LLDPE復(fù)合材料熱分析動(dòng)力學(xué)的研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
近年來，粉煤灰和煤矸石作為煤系礦物的廢棄物造成環(huán)境的嚴(yán)重污染，對(duì)其應(yīng)用被廣泛研究。本課題旨在利用煤系粉體的耐高溫隔熱性能，通過共混技術(shù)，制備煤系粉體/LLDPE復(fù)合材料，并對(duì)其熱分析動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了理論研究。
詳細(xì)介紹：
至今為止對(duì)煤系礦物粉體絕大部分的研究集中在建材等基體材料以及填充塑料力學(xué)方面。煤系礦物粉體（粉煤灰、煤矸石）填充塑料熱分析動(dòng)力學(xué)方面研究也有，但很少，尤其國內(nèi)很少。并且，粉煤灰與煤矸石的耐高溫隔熱性能為改性塑料性能提供了可能?；诖耍覀兝梅勖夯液兔喉肥畛渚€性低密度聚乙烯，進(jìn)行了熱分析動(dòng)力學(xué)的研究。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

該作品的研究是從環(huán)境保護(hù)和降低材料成本的目的出發(fā)，旨在利用煤系粉體的耐高溫隔熱性能，通過共混技術(shù)，制備煤系粉體/LLDPE復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源，減少環(huán)境污染，同時(shí)提高LLDPE的熱性能，改善其加工性能，減少生產(chǎn)成本。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

1.目前，國內(nèi)外很少有關(guān)于粉煤灰與煤矸石在熱塑性塑料中的熱分析動(dòng)力學(xué)的研究； 2.在考慮經(jīng)濟(jì)效益時(shí)，煤系粉體即使經(jīng)過分選之后，價(jià)格也很低，從而降低原料成本； 3.在能源、環(huán)境方面，可節(jié)約資源，減少污染，安全無毒，符合綠色材料要求。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

該作品制備的復(fù)合材料成本低廉、制備工藝簡(jiǎn)單，研究結(jié)果表明復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性有所提高，適量的粉體在復(fù)合材料中起到成核劑作用，加快結(jié)晶速率，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義。此外，對(duì)煤系粉體應(yīng)用的進(jìn)一步研究提供了一定參考。

學(xué)術(shù)論文摘要

采用熔融共混方法制備了煤系粉體/LLDPE復(fù)合材料，并對(duì)該體系的熔融、結(jié)晶和熱降解行為進(jìn)行了研究。結(jié)果表明: 1）粉煤灰的加入使復(fù)合材料的熔融峰溫提高4℃左右，顯示出粉煤灰對(duì)體系有阻止傳熱作用。同時(shí)，加入粉煤灰后，復(fù)合材料的熔融焓降低，熔融峰變寬; 粉煤灰粉體的加入阻礙了LLDPE分子鏈的規(guī)則排列，影響了鏈段的結(jié)晶擴(kuò)散遷移規(guī)整排列，使LLDPE的結(jié)晶速率變慢，對(duì) LLDPE晶體生長(zhǎng)起了抑制作用; 隨粉煤灰含量的增加，低含量（20%以下）粉煤灰時(shí)復(fù)合材料反應(yīng)的活化能逐漸降低，粉煤灰含量為20%及20%以上復(fù)合材料的活化能逐漸升高。2）煤矸石用量為30%時(shí)，LLDPE的熔融峰溫和熔融峰寬均最低，較純LLDPE分別降低了1.06%和11.76%。煤矸石的加入起到成核劑的作用；當(dāng)煤矸石含量為10%左右時(shí)復(fù)合材料的降解活化能最大，煤矸石含量為20%左右時(shí)復(fù)合材料的降解活化能最低。在基體中加入適量的煤矸石能夠增大純LLDPE的降解活化能，提高其熱穩(wěn)定性。

獲獎(jiǎng)情況

河南理工大學(xué)第五屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)

鑒定結(jié)果

河南理工大學(xué)團(tuán)委文件

參考文獻(xiàn)

[1] Dilip Chandra Deb Nath et al. Novel Observations on Kinetics of Nonisothermal Crystallization in Fly Ash Filled Isotactic-Polypropylene Composites[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2009, 115: 1510-1517. [2]YANG Fu-sheng et al. Thermal Decomposition Behavior and Kinetics of Composites from Coal and Polyethylene [J]. J China Univ Mining & Technol 2007, 17(1): 0025–0029. [3]Kuncoro Diharjo et al. Fire Resistance of Fly Ash Polyester Geopolymer Coposite[J]. Jurnal Teknik Gelagar, 2007, 18(2): 86-94. [4] Dilip Chandra Deb Nath et al. Isothermal crystallization kinetics of fly ash filled iso-polypropylene composite- and a new physical approach [J]. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry，2010，99(2)：423-429. [5]Gursewak Singh et al. Thermal properties and degradation characteristics of polylactide, linear low density polyethylene, and their blends [J]. Polymer Bulletin, 2011, 66: 939-953.

同類課題研究水平概述

我國現(xiàn)階段塑料年產(chǎn)量為6000萬噸左右，并保持著較快速度遞增，有著多方面的原因，其中礦物粉體的貢獻(xiàn)功不可沒。這除了利用礦物粉體材料的低成本和環(huán)保性之外，還改善、提高了塑料材料的某些性能并賦予塑料材料新的功能。同時(shí)利用礦物粉體部分代替以石油為主要原料的合成樹脂，可以節(jié)省石油資源和能源。礦物粉體在塑料中的應(yīng)用有著很好的發(fā)展前景。 近年來，礦物粉體材料在塑料填充中常用的有碳酸鈣（重鈣、輕鈣、納米鈣）、滑石、高嶺土、硅灰石、水鎂石粉、云母粉等諸多品種，在熱分析動(dòng)力學(xué)方面的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。侯桂香等在對(duì)比PP/PS復(fù)合材料和PP/PS/煅燒高嶺土復(fù)合材料的研究中發(fā)現(xiàn)加入少量煅燒高嶺土后復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性顯著提高，初始降解溫度及失重率50%時(shí)的溫度分別提高83℃和37℃。蘇峰華等在PP/POE/高嶺土三元復(fù)合材料的性能研究中得出，高嶺土的添加可以提高 PP 的結(jié)晶溫度,加快 PP 的結(jié)晶速率,促進(jìn) PP 的異相成核。合適含量的高嶺土可以提高 PP 的熔融溫度,改善 PP 的耐熱性能。Gardo linski研究了PEO/高嶺土納米復(fù)合材料的熱性能。結(jié)果表明,納米復(fù)合材料的熱降解方式和純聚合物的完全不同, 熱氧穩(wěn)定性和降解起始溫度都明顯提高。他們認(rèn)為這主要是在納米復(fù)合材料中,聚合物分子鏈的運(yùn)動(dòng)受到限制,而高嶺土片層的存在阻止了氧和聚合物的碳鏈直接接觸, 提高了聚合物的熱氧穩(wěn)定性。A. Ariffin1研究了PP/高嶺土非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的研究中發(fā)現(xiàn)高嶺土的加入是復(fù)合材料的結(jié)晶活化能降低，高嶺土起到輕微的異相成核作用。 此外，關(guān)于碳酸鈣（重鈣、輕鈣、納米鈣）、蒙脫土、二氧化硅等填充塑料熱分析動(dòng)力學(xué)也有較多的研究，并得出了很好的結(jié)論。 目前，煤系礦物粉體（粉煤灰、煤矸石）填充塑料熱分析動(dòng)力學(xué)方面研究也有，但很少，尤其國內(nèi)很少?；诖?，我們利用粉煤灰和煤矸石填充線性低密度聚乙烯，進(jìn)行了熱分析動(dòng)力學(xué)的研究。
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