聚丙烯及氯化聚丙烯接枝改性研究

摘要

聚丙烯(PP)是最具发展前途的热塑性高分子材料之一，但是，由于它是非极性聚合物限制了其使用。为了提高其极性，需对其改性。氯化聚丙烯(CPP)是聚丙烯氯化改性的产物，其应用广泛。但是目前市售产品的CPP性能有某些缺陷，主要表现在粘附性能差、透光度低、易变色等，限制了其应用。必须对CPP改性，提高其性能，使之满足涂料、油墨和胶粘剂的需要。　　本文用双螺杆挤出机分别研究了加入助剂和不加助剂的马来酸酐(MAH)以及MAH和苯乙烯(St)对PP的熔融接枝改性。采用正交实验优化了熔融接枝工艺条件。系统研究了单体MAH、St、引发剂过氧化二异丙苯(DCP)和助剂用量对MAH接枝率以及PP降解和交联的影响，并对其影响因素作了分析。用红外光谱(FTIR)表征了产物结构，用滴定的方法测定了接枝率(G)，用熔融指数(MI)来表征PP的降解程度，用凝胶率(Ge)来表征PP的交联程度。分析了MAH接枝的机理以及PP的副反应机理，提出了PP交联机理，分析了助剂抑制PP降解和交联的机理以及St的作用机理。研究结果表明助剂不仅能降低PP降解和交联，同时也提高了MAH的接枝率。研究发现采用双单体和助剂接枝改性PP更进一步提高了PP的性能，扩大了其应用领域。　　本文分别研究不同反应条件下PP的氯化改性和马来酸接枝的聚丙烯(MAH-g-PP)的氯化改性，研究了反应温度、反应时间、氯气流动速率、PP浓度以及引发剂过氧化二苯甲酰(BPO)对氯化度的影响，得出了较佳的工艺条件。提出了氯化改性等规PP的机理，拟合出了CPP和氯化MAH-g-PP的氯化度与熔点的关系模型；研究了各因素对MAH-g-PP的氯化度以及氯化速率影响。研究结果表明氯化MAH-g-PP的性能比CPP性能得到更进一步的提高，该改性产品能满足涂料领域的需要。　　本研究采用一种多官能团单体AS作为接枝单体，同时加入了复合稳定剂对CPP进行改性，得到改性的CPP产品；研究了反应温度、反应时间、引发剂和接枝单体AS等对接枝率、附着力、透光度以及层压强度的影响；采用扫描电镜表征了改性前后CPP的粒子形态；研究了各因素对单体接枝改性CPP的聚合速率的影响。实验结果表明，改性后CPP的性能得到提高，达到油墨级的要求。同时提出了单体接枝CPP的动力学模型。　　本文采用MAH接枝改性CPP，研究了反应温度、反应时间、MAH以及BPO的量对MAH接枝率的影响，采用FTIR表征了其结构，优化了其工艺，提出了MAH接枝CPP的机理；研究了各因素对MAH接枝聚合速率的影响，提出了聚合速率模型。研究了反应温度、反应时间、MAH以及BPO的量对CPP胶粘剂粘接性能的影响，得到了一种性能较佳的胶粘剂，该改性CPP胶粘剂为PP塑料的粘接提供了一种较为理想的方法。

目录

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2 PP化学改性研究进展

1.2.1化学改性方法及特点

1.2.2交联改性

1.2.3共聚

1.3PP物理改性

1.3.1PP填充改性技术研究

1.3.2等离子体表面改性

1.3.3助剂改性

1.3.4共混改性

1.4反应挤出

1.4.1反应挤出的原理及特点

1.4.2反应挤出进行的类型

1.5 CPP改性进展

1.5.1 CPP分类

1.5.2 CPP的结构及性能特征

1.5.3 CPP生产方法

1.5.4 CPP改性研究进展

1.6 PP塑料用胶粘剂

1.6.1PP塑料表面特性

1.6.2塑料的表面处理

1.7本课题意义及主要研究内容

第二章PP接枝改性研究

2.1前言

2.2反应物料的选择

2.2.1接枝单体的选择

2.2.2引发剂的选择

2.2.3 PP-g-MAH的机理

2.2.4PP的主要副反应

2.2.5抑制PP副反应所采取的措施

2.2.6助剂ABX的作用机理

2.3实验

2.3.1原料

2.3.2反应工艺流程图

2.3.3测试

2.3.4实验过程

2.4试验结果与讨论

2.4.1接枝产物的表征

2.4.2挤出条件的优化

2.4.3各工艺参数对MAH接枝率的影响

2.4.4各工艺参数对PP的MI的影响

2.4.5各工艺参数对PP交联的影响

2.4.6改性前后性能比较

2.5本章小结

第三章PP熔融接枝MAH和ST的研究

3.1引言

3.2 MAH-ST熔融接枝PP的反应机理

3.3实验

3.3.1原料

3.3.2反应工艺流程图见2.3.2

3.3.3性能测试

3.3.4实验过程

3.4试验结果与讨论

3.4.1接枝产物的表征

3.4.2挤出条件的优化(正交实验L9(34))

3.5不同物质用量对MAH接枝率的影响

3.5.1 MAH用量对接枝率影响

3.5.2 St用量对接枝率的影响

3.5.3 DCP用量对接枝率影响

3.5.4AB用量对接枝率的影响

3.6不同物质用量对PP降解的影响

3.6.1 ST的量对PP降解的影响

3.6.2 DCP的量对PP降解的影响

3.6.3 MAH的量对PP降解的影响

3.6.4AB的量对PP降解的影响

3.7不同物质的量对PP的交联的影响

3.7.1 DCP的量对PP交联的影响

3.7.2 MAH的量对PP交联地影响

3.7.3 ST的量对PP交联的影响

3.7.4AB对PP交联的影响

3.8改性前后性能比较

3.9本章小结

第四章PP氯化改性

4.1前言

4.2PP氯化机理

4.3实验

4.3.1实验原料和仪器

4.3.2反应过程

4.3.3氯化度的测定

4.3.4表征

4.4结果与讨论

4.4.1反应时间对氯化度的影响

4.4.2反应温度对氯化度的影响

4.4.3引发剂对氯化度的影响

4.4.4PP浓度的影响

4.4.5氯气流动速率对氯化度的影响

4.4.6熔点与氯化度关系

4.4.7PP和CPP性能比较

4.5本章小结

第五章氯化改性MAH接枝的PP

5.1引言

5.2实验

5.2.1实验原料和仪器

5.2.2反应过程

5.2.3氯化度的测定

5.2.4表征

5.3结果与讨论

5.3.1反应时间对氯化度的影响

5.3.2反应温度对氯化度的影响

5.3.3引发剂对氯化度的影响

5.3.4 MAH-G-PP浓度对氯化度的影响

5.3.5氯气流动速率对氯化度的影响

5.3.6熔点与氯化度关系

5.3.7 MAH-G-PP和CL-MAH-G-PP性能比较

5.4各因素对聚合速率的影响

5.4.1不同引发剂浓度对氯化速率的影响

5.4.2不同MAH-G-PP浓度对氯化速率的影响

5.4.3不同反应温度对氯化速率的影响

5.4.4聚合氯化化速率模型

5.5本章小结

第六章油墨级改性CPP的研究

6.1实验

6.1.1原料

6.1.2接枝物的制备

6.1.3样品纯化

6.1.4性能测试

6.2结果与讨论

6.2.1各工艺参数对接枝率的影响

6.2.2各物质的量对附着力的影响(以F表示附着力。)

6.2.3各物质的量对透光度的影响

6.2.4各物质的用量对层压强度的影响

6.3 AS改性的CPP和未改性的CPP以及DIC的CPP性能比较

6.4改性前后粒子形态比较

6.5 CPP接枝改性聚合动力学

6.5.1各工艺参数对聚合速率的影响

6.5.2聚合速率的动力学模型

6.6本章小结

第七章MAH接枝改性CPP胶粘剂的研制

7.1前言

7.2实验

7.2.1原料

7.2.2接枝物的制备

7.2.3样品纯化

7.2.4红外表征

7.2.5产品粘接性能测试

7.3结果与讨论

7.3.1接枝产物的表征

7.3.2 MAH接枝改性CPP可能的机理

7.3.3工艺条件对接枝率的影响

7.3.4工艺参数对聚合速率的影响

7.3.5聚合速率动力学模型

7.3.6工艺条件对PP塑料胶粘剂的影响(用剪切强度H来表示)

7.4本章小结

结论、创新点及建议

参考文献

攻读学位期间发表或录用的与学位论文内容相关的学术论文

致谢