二亚（3，4-二甲基）苄基山梨醇成核剂及透明PP的研究

摘要

聚丙烯(PP)是五大通用树脂中增长速度较快的品种之一，但因其光泽度和透明性较差而限制了发展和应用。为了改善聚丙烯的透明性能，可采用添加透明成核剂如二亚(3,4-二甲基)苄基山梨糖醇(DMDBS)的方法加以解决，本文主要研究了DMDBS成核剂的合成工艺及添加DMDBS后对聚丙烯(PP)各种性能的影响。 第一章论述了国内外透明聚丙烯的现状和前景，介绍了不同种类的成核剂，分析了山梨醇类成核剂开发现状及合成研究等问题，阐述了透明成核剂的结晶成核机理及相关动力学，并讨论了DMDBS对聚丙烯各方面性能的影响。 第二章主要开展了以山梨醇与3,4-二甲基苯甲醛为原料、在酸催化剂条件下制备二亚(3，4-二甲基)苄基山梨醇(DMDBS)的研究。主要考察了反应溶剂体系、加料方式、醇/醛单体摩尔比、催化剂和反应时间等工艺条件的影响规律。实验成功地制备了纯度99.6％和熔点265.7℃(对应峰值温度为273.1℃)的二亚(3，4-二甲基)苄基山梨醇，其反应收率为96.5％。另外，实验研究表明反应后处理对产物的性能有较大的影响，较合理的后处理方法为中和、除溶剂、水洗、精制、纯化和真空干燥等。 第三章主要研究了DMDBS对聚丙烯结晶行为和力学性能的影响，分别考察了DMDBS对聚丙烯结晶行为、力学性能、熔融特性、热稳定性和透明性等的影响。实验表明，添加DMDBS使PP的T0c、Tpc、Tfc和Tonc均增大，尤其使Tpc提高15-20℃，球晶尺寸显著缩小近10倍，而△TcL、D和△2c减小且结晶峰宽变窄，表明结晶速率增大且晶粒分布均一细化。由于PP球晶均一细化减弱了光折射和反射的影响，增加了聚丙烯的透光率和光泽度并改善了球晶结构和力学性能。添加0.3％DMDBS的PP的透光率、拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度和洛氏硬度可分别提高约44％、15％、9％、11％和3％。采用Mandelkern法分析计算了非等温结晶动力学各项参数，证实了添加DMDBS使PP的n减小趋于3呈异相三维成核增长、t1/2缩短27％-48％和Zt增加51％-387％，说明结晶速率因异相成核结晶而显著加快。另外，随着降温速率的加快，n和t1/2减小而Zt增大。PP的热分解属一级反应，空气条件会加速成核剂和PP的热分解，添加透明成核剂可以提高热分解初始温度和降低热分解终点温度，但在达到极限温度后反而会加速PP的热分解。PP在空气条件下的表观活化能因为DMDBS的添加而由120kJ/mol显著提升至203kJ/mol(氮气条件下，由128kJ/mol提升至224kJ/mol)，表明DMDBS在一定条件下可以显著改善聚丙烯的热稳定性。 第四章则总结了全文，并得出了主要实验结论。

目录

文摘

英文文摘

前言

第一章文献综述

1.1透明聚丙烯性能、应用及国内外现状

1.2成核剂的分类

1.2.1 α晶型成核剂

1.2.2 β晶型成核剂

1.3透明成核剂的制备

1.3.1山梨醇类成核剂的开发现状

1.3.2 DMDBS合成及影响因素

1.4聚丙烯结晶成核剂构效关系

1.4.1聚合物结晶研究的方法

1.4.2成核剂结晶成核与构效

1.5成核剂对聚丙烯性能的影响

1.5.1成核剂对聚丙烯结晶行为的影响

1.5.2成核剂对聚丙烯力学性能和熔融行为的影响

1.5.3成核剂对聚丙烯透明性的影响

1.5.4结晶动力学模型

1.6聚丙烯结晶理论

第二章透明成核剂DMDBS的合成与表征

2.1原材料和设备

2.1.1原料与试剂

2.1.2仪器与设备

2.2实验

2.2.1合成反应方程

2.2.2实验配方

2.2.3实验装置

2.2.4操作过程

2.3分析与测试

2.3.1表观收率

2.3.2傅里叶变换红外光谱分析

2.3.3元素分析

2.3.4差示扫描量热分析

2.4实验结果与讨论

2.4.1反应溶剂体系的影响

2.4.2加料方式的影响

2.4.3醛/醇单体摩尔比的影响

2.4.4催化剂的影响

2.4.5反应时间的影响

2.4.6后处理方式的影响

2.5 DMDBS的性能表征

2.5.1 DSC熔融特性

2.5.2红外分析

2.5.3元素分析

2.6小结

第三章DMDBS作为PP透明成核剂的应用研究

3.1原材料和设备

3.1.1原料与试剂

3.1.2仪器与设备

3.2实验

3.2.1实验配方

3.2.2实验过程

3.3分析与测试

3.3.1透明PP的力学性能和熔融特性

3.3.2透明PP结晶过程分析

3.3.3透明PP的透明性和光泽度

3.3.4透明PP的热稳定性能

3.4实验结果与讨论

3.4.1结晶成核机理

3.4.2 DMDBS对聚丙烯结晶行为的影响

3.4.3 DMDBS对聚丙烯力学性能和熔融特性的影响

3.4.4 DMDBS对聚丙烯透明性和光泽度的影响

3.4.5 DMDBS对聚丙烯热稳定性能的影响

3.5小结

第四章结论

参考文献

致谢

附录(收录文章)