山梨醇类成核剂的制备及其对聚丙烯性能的影响

摘要

聚丙烯（PP）因其低温脆性、缺口敏感性和韧性差等缺点限制了PP的广泛应用。解决这一问题的根本方法是通过在PP基体中添加成核剂改善聚丙烯的结晶性能，从而改善PP的热性能和力学性能。
　　本文由原料固体山梨醇分别与苯甲醛、对羟基苯甲醛或对硝基苯甲醛在溶剂环己烷、促进剂无水甲醇和酸性催化剂对甲苯磺酸的作用下发生缩醛反应，制备了三种聚丙烯成核剂1，3-2，4-二苄叉山梨醇（DBS）、1，3-2，4-二（对羟基）苄叉山梨醇（DHDBS）和1，3-2，4-二（对硝基）苄叉山梨醇（DNDBS），采用傅里叶红外光谱仪和熔点测定仪对三种聚丙烯成核剂进行表征。熔点分析表明，三种产物的熔点在175~190℃之间，大于聚丙烯167℃的熔点，能起到提供晶核的作用。
　　本文考察了影响缩醛反应的因素，得到制备三种聚丙烯成核剂的最佳反应条件。实验结果表明，制备三种聚丙烯成核剂的最佳反应条件基本相同，最佳的原料醛醇摩尔比为2.1：1，反应时间为6h、催化剂对甲苯磺酸（TSA）用量为4wt％、溶剂环己烷用量为600wt%，促进剂无水甲醇用量为20wt%，反应温度为65℃。
　　以对二甲苯为溶剂，采用溶液沉淀法将制备的三种聚丙烯成核剂分别与PP制成成核剂质量分数为0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%和0.5wt%的改性PP粉末样品。采用扫描电子显微镜（SEM）和偏光显微镜（PLM）观察改性PP的球晶尺寸和形貌。结果表明，改性PP的球晶尺寸在12～30微米，与纯聚丙烯相比，尺寸均一，排列规整。通过PLM和X射线衍射（XRD）对改性PP的结晶形态和结晶度分析表明，三种成核剂都能很好的诱导α晶的生成，增加PP的结晶度。通过差示扫描量热法（DSC）和热失重（TG）分析表明改性PP的熔融峰温度升高，说明添加成核剂可以改善PP的稳定性，提高PP的分解温度。
　　采用双螺杆挤出机和注塑机制备成核剂含量为0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%和0.5wt%的PP标准样条。用冲击试验机和万能试验机测定标准样条的力学性能。结果表明，三种成核剂都能不同程度的改善PP的力学性能，冲击强度提高9.86～33.10%，断裂伸长率提高13.33～71.11%，拉伸强度增加51.21～69.59%，弯曲模量提高42.46～64.45%，弯曲强度增加56.99～85.34%。
　　通过本实验研究发现制备的三种成核剂DBS、DHDBS和DNDBS的最佳用量都为PP的0.3wt%，其中成核剂1，3-2，4-二（对羟基）苄叉山梨醇（DHDBS）分子结构中含有多个羟基，可以形成多个氢键，有助于增加分子间的氢键作用，它对PP的性能改善效果最优。

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1 概述

1.1 引言

1.2 聚丙烯的结构与性能

1.3 聚丙烯的改性

1.4 本论文的研究目的及意义

2 二苄叉山梨醇类成核剂的制备及表征

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 二苄叉山梨醇类成核剂缩醛反应的影响因素

3.1 引言

3.2 山梨醇类成核剂产率的测定

3.3 缩醛反应的影响因素

3.4 本章小结

4 二苄叉山梨醇类成核剂对聚丙烯性能的影响

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢