高密度聚乙烯/改性共聚尼龙积层阻隔材料制备及其性能研究

摘要

一种改性共聚尼龙(MCOPA)与高密度聚乙烯(HDPE)通过层状共混工艺制备高阻隔性中空吹塑瓶。这种改性共聚尼龙是由乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐共聚物(CP)与共聚尼龙(PA54)在双螺杆挤出机中进行反应共混制备所得。本实验通过对改性共聚尼龙的性质，改性工艺，制品的加工工艺，阻隔性能，形念结构等进行了研究。 通过对共聚尼龙的性质研究发现，其与普通的均聚尼龙(如PA6)的性质有很大区别，表现了一定特殊性：通过X射线衍射实验发现，PA54通常状态下主要以γ晶型存在，通过在空气中退火，其晶型转化不明显，在热水中退火，分子链很容易发生重新排列，其γ晶型几乎完全转化为α晶型，这表明水分子进入PA54结晶中，切断并重组了PA54分子间氢键，导致了晶型的变化；通过差示量热扫描法(DSC)测试发现PA54具有较低的结晶度，大约只有PA6的一半；通过吸水性测试和拉伸性能测试发现，PA54具有比较大的吸水性，在测试标准下，24小时吸水量达到约11％，同时表面柔软，具有较低的拉伸性能。这些都是由于共聚尼龙本身的分子链结构特点决定的。 通过对改性共聚尼龙的红外测试发现，由于制备共聚尼龙的缩聚工艺，其本身存在的封端基团(如胺基、羧基)含量减小，可供改性的活性基团量减小，其在改性增容反应时反应活性受到一定程度上的限制，参加改性反应的量较小。通过x射线衍射测试发现PA54添加增容剂之后MCOPA的晶型与PA54类似，通常以γ晶型的形式存在。通过在热水中退火发现，MCOPA的γ晶型并没有全部转化为α晶型而只是有部分转化，这表明MCOPA中与CP反应或作用的部分PA54参与了结晶，同时CP对这部分PA54的作用力限制了PA54链的运动能力，阻碍了其γ晶型向α晶型转化的趋势。通过对DSC测试发现PA54具有较低的结晶度，添加增容剂后，结晶度有一定程度的下降；同时MCOPA在熔融时出现两个熔融峰(峰Ⅰ和峰Ⅱ)，其中峰Ⅰ是由于MCOPA中与CP发生反应作用的部分PA54贡献，峰Ⅱ为大部分未反应的PA54贡献。 通过吸水性研究发现，添加增容剂后，吸水性有一定程度的下降，改性反应在其中发挥了作用。通过对尼龙54和改性共聚尼龙的熔融粘度研究发现，随着增容剂含量的增加，改性共聚尼龙熔融粘度增大。 通过对改性工艺和吹塑工艺研究发现，加工工艺对制品阻隔性能会造成很大的影响。通过调节工艺参数，可以通过层状共混工艺制备出阻隔性能较好的阻隔瓶制品，同时形态分析表明，吹塑瓶瓶口、瓶身、瓶底各个部位的横断面和纵断面都具有清晰、连续的层状结构，这保障了制品良好的阻隔性能。此外研究发现不同溶剂对制品阻隔性能影响的存在较大影响。通过对制品拉伸性能测试发现制品中两相的相容性存在一定缺陷，这在制品使用过程中会对其阻隔性能造成不利影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一部分文献综述

1.1高阻隔性材料开发背景

1.1.1传统阻隔性材料

1.1.2高分子阻隔材料

1.2高阻隔性高分子材料的制备

1.2.1磺化和氟化技术

1.2.2多层共挤

1.2.3共混改性

1.3高阻隔性高分子材料的研究

1.3.1高阻隔性高分子材料的阻隔机理

1.3.2高阻隔性高分子材料阻隔性能的影响因素

1.4尼龙/HDPE共混阻隔材料

1.4.1尼龙/HDPE共混材料的增容

1.4.2尼龙/HDPE层状共混吹塑工艺研究现状

1.5共聚尼龙的性能

1.5.1熔点

1.5.2玻璃化温度

1.5.3结晶性能

1.5.4吸水性

1.6选题的目的及意义

第二部分实验部分

2.1实验原料与仪器

2.1.1主要原料与规格

2.1.2主要加工设备测试仪器

2.2原料预处理及尼龙54改性过程

2.3 HDPE/MCOPA高阻隔积层材料的制备工艺

2.4分析测试

2.4.1 HDPE/MPA高阻隔积层材料阻隔性能测试

2.4.2 MCOPA系列红外光谱分析

2.4.3 MCOPA系列结晶性能分析

2.4.4吸水性测试

2.4.5拉伸性能测试

2.4.6流变性能测试

2.4.7 HDPE/MCOPA高阻隔积层材料相态分析

第三部分结果与讨论

3.1改性反应研究

3.2改性共聚尼龙的性质

3.2.1改性共聚尼龙的结晶性能

3.2.2吸水性测试

3.2.3拉伸性能

3.2.4熔融粘度

3.3改性工艺对MCOPA阻隔性能的影响

3.3.1 CP份数的影响

3.3.2共混改性时间对MCOPA的阻隔性能的影响

3.3.3 MCOPA对吹塑瓶的阻隔性能的影响

3.4吹塑工艺对阻隔性能的影响

3.4.1 MCOPA/HDPE组份

3.4.2吹瓶温度

3.4.3螺杆转速

3.5溶剂对阻隔瓶阻隔性能的影响

3.6阻隔瓶的力学性能

3.7阻隔瓶的相态结构

第四部分结论

参考文献

发表文章及科研成果

致谢