互穿网络SBS/PBMA纳米乳胶粒的制备及其对PVC加工流变性能的影响

摘要

胶乳型互穿网络聚合物(LIPNs)是通过两种或多种交联的互穿网络组成的聚合物。通过相互交联贯穿,相态间存在着协同作用,产生了“强迫互容”作用。它具有聚合物物理共混所不具有的优异性能,因此被广泛用于实验研究和生产应用中。本文选用甲基丙烯酸丁酯(BMA)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)这两种常见单体,进行互穿网络乳液聚合制备SBS/PBMA。
　　本实验是在课题组采用ATRP法制备SBS/PBMA IPNs及对聚氯乙烯力学性能的影响研究工作的基础上,采用互穿网络聚合中较为常用的乳液聚合方法。通过调整交联剂用量,使纳米乳胶粒由柔性粒子过渡为刚性粒子,并探讨了不同凝胶含量的SBS/PBMA LIPNs互穿网络纳米乳胶粒对PVC基质物理共混后,其流变性能及加工性能的影响。
　　实验结果表明:
　　首先,利用乳液聚合动力学原理,考察了乳化剂、引发剂和交联剂的不同用量,建立固含量-时间以及转化率-时间的关系。并对聚合物的形态和结构进行了激光粒度(LPA)、透射电镜(TEM)、差示扫描量热(DSC)和傅里叶红外(FT-IR)的表征。当乳化剂、引发剂和交联剂的用量分别为1.5％、0.5 wt%和15%时,可制得粒径分布较窄,且粒径在65-70 nm之间的纳米乳胶粒。
　　其次,通过改变交联剂的用量,制备不同凝胶含量的互穿网络纳米乳胶粒,提高聚合物的玻璃化转变温度,增加乳胶粒的刚性,使得乳胶粒由弹性粒子过渡到刚性粒子。并对这一系列的不同凝胶含量的纳米乳胶粒的形态和结构进行表征,得到100 nm单分散粒径分布的纳米乳胶粒。
　　然后,将制备得到的一系列不同凝胶含量的纳米乳胶粒,按不同比例与PVC进行物理共混,考察其对PVC树脂的流变性能和力学性能的影响。转矩流变测试结果显示,随着SBS/PBMA LIPNs用量的增加,其塑化时间明显降低,但平衡扭矩和平衡温度变化不大。同时,考察加入1 phr不同凝胶含量的SBS/PBM A LIPNs在相同温度,转速不同时,得到转速与平衡扭矩的关系。利用Ostwald方程进行线性拟合得到剪切速率和表观粘度的关系,满足非牛顿流体的剪切变稀现象,并且随着乳胶粒凝胶含量的提高,其假塑性流体现象更加明显。并且通过Arrhenius方程与表观粘度的关系,计算出粘流活化能,随着纳米乳胶粒刚性的提高,粘流活化能也增大。
　　最后,对其加工性能也进行了研究,结果表明,随着SBS/PBMA LIPNs加入量的增加,其力学性能明显下降。然而,加入1 phr交联剂用量为8 wt%的SBS/PBMA LIPNs对PVC材料的韧性和强度有所提高,说明加入适量的适度交联程度的SBS/PBMA LIPNs,对PVC基质具有一定的增韧增强的作用,并且对其断面进行了透射电镜观察,与力学结果一致。

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第一章 文献综述

1. 1互穿聚合物网络

1. 2乳液聚合

1. 3转矩流变仪

1. 4本论文的目的和内容

第二章 互穿聚合物网络SBS/PB MA的制备

2. 1 实验部分

2. 2 结果与讨论

2.3 SBS/PBMA LIPNs的表征

2. 4本章小结

第三章 不同凝胶含量SBS/PB MA的制备及表征

3. 1 实验部分

3. 2结果与讨论

3. 3本章小结

第四章 SBS/PBMA LIPNs对PVC加工性能的影响

4. 1实验部分

4. 2 结果与讨论

4. 3本章小结

第五章 结论与展望

5. 1 结论

5. 2 展望

参考文献

致谢

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