异氰酸酯改性山梨醇复合成核剂的制备及对聚丙烯性能的影响研究

摘要

山梨醇类成核剂在聚丙烯(PP)熔体中会组装形成三维网络结构,使整个体系凝胶化,造成熔体粘度突然增大.此现象会给材料的成型加工带来负面影响,尤其在熔融纺丝过程中会限制材料的取向和拉伸比的增大.针对此问题,众多学者发现,一系列特定结构的多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)可以干扰山梨醇类成核剂分子的自组装行为,将二者复合可以抑制成核剂分子的凝胶化作用,但POSS价格十分昂贵,且在非极性的PP中容易团聚,限制了此法的广泛应用. 本文直接以二苄叉山梨醇(DBS)、二(对甲基苄叉)山梨醇(MDBS)、二(3,4二甲基苄叉)山梨醇(DMDBS)这三种山梨醇成核剂为原料,用异氰酸正丁酯(BI)将它们的自由羟基反应掉,合成出了三种无羟基的二苄叉山梨醇衍生物(DBS-BI、MDBS-BI、DMDBS-BI),并用其取代POSS与山梨醇类成核剂复配.研究了无羟基二苄叉山梨醇衍生物的最佳合成条件,无羟基二苄叉山梨醇衍生物与山梨醇成核剂复配对聚丙烯性能的影响,最后对其复配机理进行了分析研究,具体内容如下: 1、以N-甲基吡咯烷酮为溶剂,用一次性投料法合成出无羟基二苄叉山梨醇衍生物.结果表明:成功地合成出了三种目标产物,它们的初始分解温度都大于280℃,能够保证在聚丙烯加工条件下不分解.它们的最佳合成条件为:以二月桂酸二丁基锡作催化剂,BI与山梨醇成核剂投料摩尔比为2∶1,溶剂用量为反应底物质量的1000%,反应温度110℃,反应时间180min. 2、以等规聚丙烯(iPP)为基体,用熔融共混法制备了iPP/DBS/无羟基二苄叉山梨醇衍生物复合体系.结果表明:DBS用量固定为0.25wt%时,随着无羟基二苄叉山梨醇衍物用量的增加,有核体系的凝胶化现象受到抑制,且结晶温度向低温偏移.当DBS-BI与DBS复配质量比在1.6-3.2之间时,复合成核剂能实现在无凝胶化作用的同时,对聚丙烯的晶粒细化、雾都、模量等性能有较好的提升. 3、分别在有机溶剂和聚合物熔体两个体系中研究了DBS-BI对DBS自组装的影响,并用Materials Studio进行了模拟研究.结果表明,DBS-BI与DBS分子能通过分子间氢键和π-π堆积作用结合,其结合能与DBS分子自组装的结合能接近,而DBS-BI又不能参与到DBS的自组装过程中,因此DBS-BI会对DBS的自组装过程造成强烈地干扰,抑制DBS自组装聚集体的增大.

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 山梨醇类成核剂概述

1.3 山梨醇类成核剂的凝胶化作用

1.4 山梨醇类成核剂的自组装干扰

1.5本论文的研究内容及创新点

1.5.1 抑制山梨醇类成核剂凝胶化作用有待解决的问题

1.5.2 本论文的研究目标

1.5.3 研究思路

1.5.4 本论文的研究内容

1.5.4 本论文研究的创新点

第2章 复配分子的合成、表征与测试

2.1 引言

2.2实验原料及实验仪器设备

2.2.1主要实验原料

2.2.2主要实验设备

2.3 无羟基二苄叉山梨醇衍生物的合成

2.3.1合成原理

2.3.2 合成步骤

2.4产物的表征与反应的影响因素

2.4.1产物的表征与测试

2.4.2反应的影响因素

2.5 结果与讨论

2.5.1 红外测试分析

2.5.2 核磁共振分析

2.5.3 热失重分析

2.5.4凝胶能力测试

2.5.5成核能力测试

2.5.6 反应程度的影响因素

2.6本章小结

第3章 复合山梨醇成核剂对iPP性能的影响

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 iPP/DBS/无羟基二苄叉山梨醇衍生物复合材料的制备

3.3 测试与表征

3.3.1 旋转流变仪测试

3.3.2 差示扫描量热(DSC)测试

3.3.3 偏光显微镜(POM)分析

3.3.4 广角X射线衍射(WAXD)测试

3.3.5 雾度测试

3.3.6 力学性能测试

3.4 结果与讨论

3.4.1 流变行为分析

3.4.2非等温结晶行为

3.4.3非等温结晶动力学

3.4.4 晶粒细化效果

3.4.5 对晶型的影响

3.4.6 对雾度的影响

3.4.7 对力学性能的影响

3.5 本章小结

第4章 山梨醇复合成核剂的复配机理研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 溶液复配体系的配置

4.2.2 聚丙烯熔体复配体系的配置

4.3 测试与表征

4.3.1 相转变温度测定

4.3.2 液相聚集体尺寸测试

4.3.3 扫描电镜(SEM)测试

4.3.4 差示扫描量热法测试

4.3.5 Material studio分子动力学模拟

4.4 结果与讨论

4.4.1 有机溶液中复配现象

4.4.2 溶液体系析出聚集体尺寸分析

4.4.3 溶液体系相转变温度分析

4.4.4 聚合物体系扫描电镜分析

4.4.5 DBS/DBS-BI混合物热分析

4.4.6 MaterialStudio模拟分析

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

参考文献

致谢

附录