无水氯化铝原位催化增容聚丙烯/聚苯乙烯共混物的研究

论文摘要

本文利用原位反应增容方法在双螺杆挤出机中制备了无水氯化铝（AlCl3）催化增容的聚丙烯（PP）/聚苯乙烯（PS）共混体系。在反应挤出过程中利用本实验室自制的在线取样装置和光散射在线采集分析系统对反应的进程进行了实时跟踪。对所得共混物的DMA分析表明,共混体系中两相的Tg值有相互逼近的趋势,这说明两相间的相容性得到了改善,AlCl3的加入实现了PP/PS体系的原位增容。同时把经四氢呋喃索氏抽提48小时后的样品进行红外光谱的表征,证明体系中有PP-g-PS接枝聚合物生成,这充分证明了AlCl3在共混过程中引发了聚合物的烷基化反应,正是所生成的接枝聚合物在共混体系中起到了增容剂的作用。对在线取样所得的样品低温脆断后观察断面形貌,并用自制软件对扫描电镜照片进行分析处理,以求取用于描述共混体系相结构的相关参数平均特征长度Lm,特征长度分布宽度σ和分形维数DL。分析结果表明在反应共混过程中体系中的相结构随时间逐渐细化,分散相颗粒尺寸逐渐减小,分布也变得更加均匀。AlCl3的加入在一定程度上降低了分散相粒径,但是由于分散相粒径的绝对值相对较小,所以改变幅度并不大。对于不同共混比例的PP/PS体系,一定量的AlCl3的加入都会对体系的相结构产生影响,但是对于PS含量占优势的共混体系的影响比较显著。利用Debye-Bueche光散射理论对在线采集到的图像进行了分析计算,得到了用于表征相结构的参数:相关距离ac和过渡层厚度d。ac可以用于描述分散相颗粒的尺寸,d可以表征共混体系的相容性。当增容剂的用量或者共混体系的组成比例发生改变时,由光散射所得各参数的变化规律与扫描电镜的结果可以较好的吻合,这证明了光散射对共混过程的在线分析的可行性。对共混体系的力学性能进行了测试。对于不同共混比例的PP/PS体系,一定量AlCl3的加入对杨氏模量的影响不明显,但是当PS含量占优时,共混体系的屈服强度有了显著提高。而对于同一比例的体系加入不同量的AlCl3后其力学性能的变化比较复杂,因为在反应增容过程中,共混体系的增容反应和体系中聚合物的降解对性能的影响是相反的,而这两个反应同时存在,且相互竞争,只有到达某一平衡时共混物才能具有良好的性能。

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摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 前言

1.2 聚合物共混改性研究

1.2.1 聚合物相容性的研究

1.2.2 聚合物的共混改性方法

1.2.2.1 聚合物的物理共混改性

1.2.2.2 聚合物的化学共混改性

1.3 聚合物共混物的形态发展研究

1.3.1 多相共混体系共混过程中的相形态研究

1.3.2 共混体系共混过程中的研究理论

1.4 课题的意义及研究内容

第二章聚丙烯/聚苯乙烯共混物的制备

2.1 前言

2.2 实验原料及设备

2.2.1 实验原料

2.2.2 苯乙烯的提纯

2.2.3 主要设备

2.2.4 螺杆构型

2.2.5 可视化双螺杆挤出机—光散射在线采集与分析系统

2.3 共混物的制备

第三章聚丙烯/聚苯乙烯共混物的相容性研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 原料及共混物的制备

3.2.2 主要设备

3.2.3 样品的制备及表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 DMA 分析

3.3.1.1 PP/PS/AlCl3 体系不同AlCl3 含量的共混物DMA 分析

3.3.1.2 PP/PS/AlCl3/St 体系不同AlCl3 含量的共混物DMA 分析

3.3.1.3 PP/PS/AlCl3/St 体系不同 St 含量的共混物 DMA 分析

3.3.2 FTIR 分析

3体系不同AlCl₃含量的共混物FTIR分析'>3.3.2.1 PP/PS/AlCl₃体系不同AlCl₃含量的共混物FTIR分析

3.3.2.2 PP/PS/AlCl3/St 体系不同 AlCl3 含量的共混物 FTIR 分析

3.3.2.3 PP/PS/AlCl3/St 体系不同 St 含量的共混物 FTIR 分析

3.4 本章小结

第四章聚丙烯/聚苯乙烯反应挤出过程中相结构的 SEM 图样分析

4.1 前言

4.2 理论背景

4.2.1 特征长度 L 的定义

4.2.2 对数正态（log-normal）分布统计理论

4.2.3 分形分析

4.3 实验部分

4.3.1 原料及共混物的制备

4.3.2 主要设备

4.3.3 样品的制备及表征

4.4 结果与讨论

3体系不同AlCl₃ 含量的共混物SEM 图样分析'>4.4.1 PP/PS/AlCl₃体系不同AlCl₃ 含量的共混物SEM 图样分析

3含量的SEM图样'>4.4.1.1 不同AlCl₃含量的SEM图样

4.4.1.2 SEM 图样分析参数

3/St体系不同AlCl₃ 含量的共混物SEM图样分析'>4.4.2 PP/PS/AlCl₃/St体系不同AlCl₃含量的共混物SEM图样分析

3含量的SEM图样'>4.4.2.1 不同AlCl₃含量的SEM图样

4.4.2.2 SEM 图样分析参数

4.4.3 PP/PS/AlCl3/St 体系不同St 含量的共混物SEM 图样分析

4.4.3.1 不同 St 含量的 SEM 图样

4.4.3.2 SEM 图样分析参数

3 体系不同组成的SEM 分析'>4.4.4 PP/PS和PP/PS/AlCl₃ 体系不同组成的SEM 分析

4.4.4.1 不同组成的 SEM 图样

4.4.4.2 SEM 图样分析参数

4.5 本章小结

第五章聚丙烯/聚苯乙烯反应挤出过程中在线光散射分析

5.1 前言

5.2 理论背景

5.2.1 Debye-Bueche 散射公式

5.2.2 散射光特征参数

5.3 实验部分

5.3.1 原料及共混物的制备

5.3.2 主要设备

5.3.3 光散射图像处理方法

5.4 结果与讨论

3体系不同AlCl₃ 含量的共混物SALS 分析'>5.4.1 PP/PS/ AlCl₃体系不同AlCl₃ 含量的共混物SALS 分析

3/St 体系不同AlCl₃ 含量的共混物SALS 分析'>5.4.2 PP/PS/AlCl₃/St 体系不同AlCl₃ 含量的共混物SALS 分析

3/St 体系不同St 含量的共混物SALS 分析'>5.4.3 PP/PS/AlCl₃/St 体系不同St 含量的共混物SALS 分析

3 体系不同组成的SALS分析'>5.4.4 PP/PS和PP/PS/AlCl₃体系不同组成的SALS分析

5.5 本章小结

第六章聚丙烯/ 聚苯乙烯共混体系的力学性能研究

6.1 前言

6.2 实验部分

6.2.1 原料及共混物的制备

6.2.2 主要设备

6.2.3 样品的制备及表征

6.3 结果与讨论

3体系不同AlCl₃ 含量的力学性能分析'>6.3.1 PP/PS/AlCl₃体系不同AlCl₃含量的力学性能分析

3/St体系不同AlCl₃ 含量的力学性能分析'>6.3.2 PP/PS/AlCl₃/St体系不同AlCl₃含量的力学性能分析

3 /St体系不同St含量的力学性能分析'>6.3.3 PP/PS/AlCl₃/St体系不同St含量的力学性能分析

3 体系不同组成的力学性能分析'>6.3.4 PP/PS和PP/PS/AlCl₃体系不同组成的力学性能分析

6.4 本章小结

第七章全文总结

参考文献

发表论文及参加科研情况

致谢

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