丙烯酸酯类加工助剂的研究

摘要

聚氯乙烯(PVC)因具有力学性能优异和价格低廉的优点,在建筑和包装行业中得到了广泛应用,得以跻身世界五大通用塑料,发展前景广阔。聚氯乙烯具有熔体粘度大,热稳定性差,不易高温塑化等缺点,这是因为聚氯乙烯是极性聚合物。为了使高强度的聚氯乙烯材料的加工性能得到改善,需要添加塑化加工助剂;高性能聚氯乙烯材料,尤其高韧性聚氯乙烯合金的加工过程中,需要加入抗冲击改性剂也就是增韧剂,以提高其抗冲强度。目前国内的丙烯酸脂类加工助剂生产工艺落后,生产成本较高。本研究以甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸丁酯(BA)为单体,针对高性能硬质聚氯乙烯材料的要求,合成了聚丙烯酸酯类(ACR)塑化加工助剂。苯乙烯(St)和丙烯腈(AN)相对丙烯酸脂类单体而言成本较低,且前人对这些单体的合成和应用方面做过大量的研究,可以其代替部分丙烯酸酯类单体参与合成,在保证加工助剂性能的前提下降低生产成本,达到制造低成本高性能丙烯酸酯类(ACR)加工助剂的目的。
　　 本研究基于ACR加工助剂的在聚氯乙烯加工熔融塑化的作用机理,增加其分子量,即会提升其促进熔融塑化的作用,本研究首先以丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体,过硫酸钾(KPS)为引发剂,通过乳液聚合的方法合成了大分子量的ACR加工改性剂。以ACR树脂的特性粘度为主要指标,同时参考乳液固含量、凝胶率、单体转化率等因素对ACR树脂特性粘度的影响,考察了各因素在乳液聚合体系中与聚合物分子量之间的关系,最终得出了乳液聚合反应最佳条件的结论：⑴可以通过适当增加乳化剂用量的方法提高ACR树脂的分子量,但用量过多会对ACR树脂的分子量造成不利影响；⑵在适当的范围内,引发剂用量越小ACR分子量越高；⑶对该体系而言,引发温度越低ACR分子量越高；⑷改进聚合工艺后,随着反应时间的延长,ACR的分子量能够得到相应的提升；⑸软单体丙烯酸丁酯(BA)加入量越多,ACR分子量越大,但BA的加入量过多会导致产品干燥后难以粉化。在此基础上,用苯乙烯(St)代替了部分丙烯酸酯单体合成St-ACR加工改性剂,再以苯乙烯(St)和丙烯腈(AN)代替了部分丙烯酸酯单体合成AS型加工改性剂。通过对两个体系所使用的乳化剂和引发剂的种类及用量、聚合温度和反应时间以及软硬单体投料比对加工助剂特性粘度的影响确定了聚合反应的最佳合成条件,确定了易于制备粉体的工艺条件。利用红外光谱(IR)对聚合物进行表征,证明了单体之间发生了工具反应。通过激光粒度仪测试乳液粒径及分布来探讨合成条件对于聚合物颗粒的影响。通过三种不同单体的丙烯酸酯类加工助剂与PVC进行共混制得共混材料。通过不同份数加工改性剂与PVC共混测试了材料的塑化性能以及抗冲击性能、拉伸性能和耐热性能,考察了加工改性剂的加入量对PVC各项性能的影响。通过扫描电镜观察共混材料切面的分散状况,观察ACR与PVC的相容性,研究了加工助剂对PVC性能改善的机理。三种ACR加工改性剂都能够明显改善PVC的塑化性能,ACR份数越多,PVC加工性能越好。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

1.1 丙烯酸酯类助剂及其应用

1.1.1 丙烯酸酯类加工改性剂

1.1.2 丙烯酸酯类抗冲击改性剂

1.1.3 丙烯酸酯类助剂的发展现状

1.2 苯乙烯和丙烯腈的研究及应用

1.2.1 苯乙烯和丙烯腈的研究进展

1.2.2 苯乙烯和丙烯腈在PVC加工改性中的研究及应用

1.3 本课题研究的目的及意义

第二章 ACR的制备与应用研究

2.1 主要原料和仪器

2.2 ACR的制备与性能测试

2.2.1 ACR的合成工艺

2.2.2 ACR性能测试

2.2.3 PVC与ACR共混性能测试

2.3 结果与讨论

2.3.1 乳化剂的选择和用量

2.3.2 引发剂的用量

2.3.3 聚合温度与反应时间的确定

2.3.4 单体配比的确定

2.3.5 ACR的粒径分布

2.3.6 红外光谱分析

2.3.7 PVC/ACR切面的形态特征

2.3.8 PVC/ACR流变性能测试

2.3.9 PVC/ACR的力学性能测试

2.3.10 PVC/ACR的耐热性

2.4 本章小结

第三章 ST-ACR的制备与应用研究

3.1 主要原料和仪器

3.2 ST-ACR的制备与性能测试

3.2.1 St-ACR的合成工艺

3.2.2 St-ACR性能测试

3.2.3 PVC与St-ACR共混性能测试

3.3 结果与讨论

3.3.1 乳化剂的用量

3.3.2 引发剂的用量

3.3.3 聚合温度与反应时间的确定

3.3.4 单体配比的确定

3.3.5 ST-ACR的粒径分布

3.3.6 红外光谱分析

3.3.7 PVC/ST-ACR切面的形态特征

3.3.8 PVC/St-ACR流变性能测试

3.3.9 PVC/St-ACR的力学性能测试

3.3.10 PVC/ST-ACR的耐热性

3.4 本章小结

第四章 AS型加工助剂的制备与应用研究

4.1 主要原料和仪器

4.2 AS型加工助剂的制备与性能测试

4.2.1 AS的合成工艺

4.2.2 性能测试

4.2.3 PVC与AS共混性能测试

4.3 结果与讨论

4.3.1 乳化剂的选择和用量

4.3.2 引发剂的用量

4.3.3 聚合温度与反应时间的确定

4.3.4 单体配比的确定

4.3.5 AS的粒径分布

4.3.6 红外光谱分析

4.3.7 PVC/AS切面的形态特征

4.3.8 PVC/AS流变性能测试

4.3.9 PVC/AS的力学性能测试

4.3.10 PVC/AS的耐热性

4.4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

附录