丙烯酸酯核壳粒子的制备及其增韧聚碳酸酯的研究

摘要

丙烯酸酯核壳粒子(ACR)是一种重要的塑料增韧改性添加剂，已成功实现了对尼龙6、聚对苯二甲酸丁二醇酯、环氧树脂等工程塑料的增韧改性。但传统的核壳粒子核与壳之间存在表面张力过大、核的弹性不足或过大、用于改性的核壳粒子用量较大、基体材料拉伸强度下降较多等问题。芳香族聚碳酸酯(PC)是一类具有高透光率、高折射率、高抗冲性、较强的尺寸稳定性及易加工成型等特点的工程塑料，有着广泛的应用。但聚碳酸酯缺口抗冲击韧性较差，在高韧性材料的应用上受到一定的限制。 本论文设计制备的丙烯酸酯粒子是一种以一定交联度的聚丙烯酸酯橡胶为核、通过互穿网络形式将核与外层刚性壳交联、并在壳层表面共聚少量功能单体的纳米核壳型粒子。该种核壳粒子与基体聚碳酸酯的相容性好，分散均匀。能够起到较好的增韧改性效果。 ACR的粒径大小、核壳比、壳层功能单体量、壳层功能单体的种类、核壳粒子添加量等因素对聚碳酸酯改性效果有显著影响。本论文考察了以上各单因素对乳液聚合工艺和ACR形态的影响，辅助激光粒度分析仪、透射电镜和扫描电镜来检测粒径变化、粒径大小和粒子最终形态，制备出了4组不同核壳粒子。在此基础上，将核壳粒子与聚碳酸酯熔融共混考察ACR的粒径大小、核壳比、壳层功能单体量、壳层功能单体的种类、核壳粒子添加量等因素对改性材料拉伸和冲击性能的影响，并通过冲击断面形貌分析断裂机理。同时考查了不同核壳添加量的改性聚碳酸酯共混物的流变行为。 通过对以上各因素筛选发现：核壳粒子粒径为280nm、核壳比为70/30、壳层功能单体为甲基丙烯酸、功能单体量占总单体量0.25%，乳液比较稳定，单体的瞬时转化率和总转化率均较高，在98%以上。且理论粒径和实测粒径基本一致，透射电镜(TEM)显示粒子呈现清晰的核壳形貌，扫描电镜(SEM)和粒径分析仪(DLS)显示核壳粒子大小均一。ACR含量为1.96wt%时，制备的复合材料缺口冲击强度为纯PC的4.97倍，模量下降13.42%，断裂伸长率是纯PC的2.50倍，曲线下面积是纯PC的2.60倍，拉伸强度几乎无下降，材料的综合韧性最好。SEM结果显示，纯PC靠引发银纹耗散冲击能；PC复合材料通过核壳粒子空穴化-基体剪切屈服耗散冲击能，且符合Wu逾渗理论。流变行为研究表明，改性聚碳酸酯的粘度下降，材料加工性能良好。

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