剪切流场下高聚物官能团反应体系的动力学研究

论文摘要

反应加工作为一种有效的加工手段已经得到广泛的运用,对于反应加工的研究工作也是层出不穷,但是这些研究基本上都是着眼于加工材料的宏观机械性能以及加工体系的相形态分布上,对于体系中反应的动力学问题却相对较少。文献报道中对于反应动力学的研究方法多为红外、端基滴定、GPC等,这些离线式研究方法不可避免的会引入一定程度的误差。另外,高聚物在加工过程中往往会处于各种复杂流场且受到各种强烈的剪切作用,这些剪切作用会对体系中的反应产生什么样的影响呢?在这方面的研究工作还鲜有报道。因此,基于上述一些问题,在本论文中,我们以PBT/epoxy(半均相体系)、聚己内酰胺(均相体系)和SMA/PA6(非均相)三种不同的反应体系为研究对象,通过端基滴定、GPC和流变实验等多种手段深入研究了体系中的反应动力学。在此基础上,我们还对剪切流场对不同体系反应的影响进行了研究。本文的主要研究结果如下:1. PBT/epoxy反应体系流变行为与反应动力学分析我们首次利用旋转流变仪对PBT/epoxy反应体系的Sandwich试样进行流变学研究,发现反应体系的流变学表现可分为三个阶段:第一阶段,由于界面反应使得体系的复合粘度随时间快速上升,这时为反应控制型过程;第二阶段,逐渐趋向饱和的界面层隔离了两相,反应停止,使得体系的复合粘度保持在一定值不变;第三阶段,由于时间充足,一部分未反应的活性大分子扩散穿过界面饱和层,使得反应进一步发生,体系复合粘度再次缓慢上升,这时为扩散控制型过程。利用简单的线性关系,我们将实验得到的第一阶段的体系复合粘度转变为反应转化率,然后进行动力学分析,发现反应符合一级反应动力学方程。不同温度下的实验结果计算得到反应的表观活化能为143kJ/mol。利用端基测量法对反应体系也进行了动力学研究,同样发现反应符合一级反应动力学方程。不同温度下的实验结果计算得到反应的表观活化能为116kJ/mol,与流变法测量所得结果相近。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 反应加工
• 1.2.1 反应加工的研究现状
• 1.2.2 反应加工中的动力学研究
• 1.2.3 流变法研究反应动力学
• 1.3 剪切流场对反应体系的影响
• 1.3.1 剪切流场对均相反应体系的影响
• 1.3.2 剪切流场对非均相反应体系的影响
• 1.4 本文的研究目标和研究内容
• 1.4.1 本论文的研究目标
• 1.4.2 主要研究内容
• 第二章 PBT/epoxy 反应体系流变行为与反应动力学分析
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 试样制备
• 2.2.3 红外测量
• 2.2.4 流变实验
• 2.2.5 端基测量
• 2.3 试验结果与讨论
• 2.3.1 PBT/epoxy 官能团反应
• 2.3.2 Sandwich 试样的流变行为分析
• 2.3.3 流变法反应动力学计算
• 2.3.4 端基测量法反应动力学计算
• 2.4 本章小结
• 第三章 PBT/epoxy 界面反应动力学方程的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 试样制备
• 3.2.3 流变实验
• 3.2.4 端基滴定
• 3.3 界面反应转化率的实验计算
• 3.3.1 流变法计算反应转化率
• 3.3.2 端基测量法计算反应转化率
• 3.4 界面反应动力学方程的理论推导
• 3.5 小振幅振荡剪切对界面反应的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 剪切流场下聚己内酰胺后缩聚反应的动力学研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 流变测量
• 4.2.3 端基测量
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 反应动力学研究
• 4.3.2 剪切流场对反应的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 剪切流场下SMA/PA6 反应共混体系的动力学研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验原料
• 5.2.2 熔融共混
• 5.2.3 反应表征
• 5.2.4 流变测量
• 5.2.5 形态表征
• 5.3 实验结果与讨论
• 5.3.1 SMA-g-PA6 接枝共聚物的生成
• 5.3.2 反应动力学研究
• 5.3.3 剪切流场对反应的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 剪切流场下不相容体系中界面官能团反应的动力学研究
• 6.1 引言
• 6.2 建立模型
• 6.3 讨论与分析
• 6.4 定量计算
• 6.4.1 参数的确定
• 6.4.2 实验实测数据与理论值对比
• 6.5 本章小结
• 第七章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表与待发表的论文