反应性相容剂制备及其对聚丙烯/聚苯乙烯共混增容研究

摘要

通过两种或多种已有聚合物的混合而得到物理性能互补的高分子材料是聚合物工业中简单通用的方法。但是大多数的聚合物之间都是互不相容的，通过简单的机械混合很难获得高性能的聚合物共混材料，因此需要在共混过程中加入或生成相容剂，降低不相容聚合物间的界面张力以改善共混物的相容性。其中，反应型相容剂可以使聚合物在混合的过程原位生成接枝、嵌段或交联聚合物而备受关注。
　　异氰酸酯和氨基都是极性官能团，它们之间的反应比较活泼，可以作为反应型相容剂用于不相容聚合物的共混相容研究。本文制备了异氰酸酯和氨基功能化聚丙烯和聚苯乙烯反应型相容剂，并应用于PP/PS共混相容体系。研究不同的反应条件对聚合物性能的影响，并通过对此类相容剂的相容效果进行探讨，以期为反应型相容剂及聚丙烯/聚苯乙烯共混体系的相容研究提供参考。
　　用溶剂热法将含有异氰酸根官能团(-NCO)的极性单体3-异丙烯基-α，α'-二甲基苄基-异氰酸酯(TMI)和含氨基保护官能团的单体{1-甲基-1[3-(1-甲基乙烯基)苯基]乙基}-氨基甲酸1，1-二甲基乙酯(TMITBC)引入聚丙烯(PP)，对其进行功能化接枝改性。成功制备了含异氰酸酯和氨基功能化聚丙烯，并对不同反应条件下所得产物的性能进行研究。对异氰酸根功能化聚丙烯的研究结果表明:将异氰酸酯官能团成功地引入到PP主链上，苯乙烯(St)作为共单体能有效提高TMI的接枝率并抑制PP的降解。接枝率随TMI、St含量及反应温度和反应时间的增加先增大后减小，随引发剂(DCP)含量的增加先增加而后趋于稳定。随TMI、St含量的增加，接枝聚合物的粘度不断增大，而DCP含量的增加则会降低接枝聚合物的粘度。接枝改性后的PP相比于纯PP结晶温度有所升高，熔融温度有所降低。对氨基功能化聚丙烯的研究结果表明:在高温高压条件下，TMITBC单体成功引入到PP主链上，脱保护反应后得到侧链上含有氨基官能团的聚丙烯改性聚合物;单体用量对PP接枝反应影响较大，随着TMITBC含量的增加先增加后降低;产物的粘度比纯PP低，且随TMITBC含量的增大而不断降低，而氨化后粘度又有所增加;接枝产物的熔点比纯PP低，结晶温度比纯PP高。
　　将相同的单体TMI/TMITBC与苯乙烯在高压反应釜中共聚，制备了含异氰酸酯和氨基功能化聚苯乙烯。用傅立叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振波谱(1H-NMR)对制备的产物进行组分分析，结果证实了单体与苯乙烯间发生了共聚反应，得到了所需的产物。通过凝胶渗透色谱(GPC)结合FTIR分析产物的组成分布，结果表明:随单体含量的增加，产物的共聚百分含量增大，每个分子链上的官能团含量增多。流变分析的结果表明:P(St-co-TMITBC)和PS-co-NH2的储能模量、损耗模量和复数粘度在低频都有所增加。
　　将合成的聚丙烯和聚苯乙烯相容剂用于PP/PS共混相容研究。通过对PP/PS共混物相形态、流变性能、动态热力学性能(DMA)、熔融和结晶温度的变化分析共混相容效果。用扫描电镜对共混物断面形貌观察表明:相容剂可以明显提高PP/PS共混的相容性，加入相容剂之后，分散相的粒径明显变小，且分布更加均匀，呈现一定的相容性。流变分析发现:添加了相容剂之后PP/PS共混物的粘度提高，储存模量，损耗模量也比空白组的大，共混材料的可加工性能得到了提升。DMA测试结果显示:加入相容剂能有效改善两混合组分的相容性，使得共混材料的综合性能变优。DSC测试分析显示:共混相容对PP结晶温度以及熔融温度影响较小，共混对PP的加工性能影响较小。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 聚合物相容研究

1．3 相容剂研究概况

1．3．1 相容剂的作用原理

1．3．2 相容剂的种类

1．4 PP／PS共混相容研究

1．5 课题的提出

1．5．1 论文研究的目的与意义

1．5．2 论文研究的主要内容

1．5．3 论文的创新点

第二章 异氰酸酯及氨基功能化聚丙烯的制备

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 主要实验设备

2．2．3 功能化聚丙烯的制备

2．2．4 功能化聚丙烯的分析方法

2．3 聚丙烯的异氰酸酯功能化

2．3．1 PP-g-(St-TMI)的红外分析

2．3．2 PP-g-(St-TMI)接枝率的测定

2．3．3 反应条件对PP-g-(St-TMI)的接枝率的影响

2．3．4 反应条件对PP-g-(St-TMI)的流变性能的影响

2．3．5 反应条件对PP-g-(St-TMI)的结晶和熔融温度的影响

2．4 聚丙烯的氨基功能化

2．4．1 PP-g-(St-TMITBC)及PP-g-NH2的红外分析

2．4．2 PP-g-(St-TMI)接枝率的测定

2．4．3 单体用量对PP-g-(St-TMITBC)的接枝率的影响

2．4．5 TMITBC用量对PP-g-(St-TMITBC)及PP-g-NH2的结晶和熔融温度的影响

2．5 本章小结

第三章 异氰酸酯及氨基功能化聚苯乙烯的制备

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验主要设备

3．2．3 功能化聚苯乙烯的制备

3．2．4 功能化聚苯乙烯的分析方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 聚苯乙烯的异氰酸酯功能化

3．3．2 聚苯乙烯的氨基功能化

第四章 PP／PS共混相容研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验主要材料及试剂

4．2．2 实验主要设备

4．2．3 PP／PS共混相容研究方案

4．2．4 PP／PS共混相容的测试表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 PP／PS共混相容的表面形貌分析

4．3．2 PP／PS共混相容的流变性能分析

4．3．3 PP／PS共混相容的动态力学(DMA)分析

4．3．4 PP／PS共混相容的结晶熔融行为分析

4．4 结论

第五章 结论与展望

参考文献

硕士期间主要研究成果

致谢