改性聚乙烯醇中空吹塑制品结构与性能的研究

论文摘要

聚乙烯醇(PVA)是一种性能优良、用途广泛的聚合物，可从非石油路线制备，在目前石油资源日渐匮乏的形势下日显重要。PVA的多羟基强氢键以及高度规整的晶体结构使其具有许多优异性能，如强度高、耐热、耐腐蚀、优异的氧气和非极性溶剂阻隔性。但PVA熔点与分解温度接近，难以热塑加工。传统PVA成型加工均基于湿法，工序复杂，污染严重，且只能生产低维产品，如薄膜和纤维。如能实现PVA熔融挤出吹塑成型中空容器，将是PVA应用的重要突破，具有十分重要的科学意义和巨大的经济效益。本文在分子复合实现PVA吹塑成膜和熔融纺丝工作基础上，针对挤出吹塑成型工艺特点，对改性PVA配比进行了调整，经熔融挤出吹塑成型，获得了表面光滑、透明的管坯和中空容器。研究了改性体系的氢键复合结构，改性体系中水的蒸发行为，改性剂对PVA热塑加工性能影响、改性PVA吹塑制品的结构与性能及热处理和交联的影响，为PVA吹塑成型奠定了理论和实践基础。1．改性剂水和Ac与PVA羟基间形成的独特氢键复合，破坏PVA自身分子间氢键，抑制其结晶，使其熔点与分解温度完全分离，得到热塑加工窗口。成功实现了PVA的熔融挤出吹塑成型，获得表面光滑、透明的吹塑制品。2．受Ac和水分子复合和增塑的影响，改性PVA自由体积分数增大，结晶度下降，汽油小分子的扩散阻力变小，扩散路径变短，且Ac的加入还使改性PVA溶解度参数与汽油溶解度参数差值减少，汽油小分子更易透过。改性剂含量减少有助于PVA分子链间相互作用变强，分子链堆砌更紧密，耐热性增加，但对制品透明性影响不大。3．热处理可缩短改性PVA吹塑制品达到平衡水含量的时间；当制品达到10％水含量时，进一步热处理可使制品结晶完善，结晶度增大，制品阻隔性、抗吸湿性和耐热性得到提高。然而在180℃和200℃处理制品时，PVA发生脱水醚化，颜色变深，透明度下降。4．适度交联可降低改性PVA吹塑制品的吸湿性，提高其阻隔性和耐热性，且以2％浓度硼砂溶液处理60分钟效果最佳。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 高分子阻隔材料
• 1.3 高分子材料的阻隔机理
• 1.3.1 高分子材料特性对材料阻隔性的影响
• 1.3.1.1 聚合物溶解度参数
• 1.3.1.2 自由体积和玻璃化转变温度
• 1.3.1.3 结晶和取向
• 1.3.2 添加剂或填料对高分子材料阻隔性的影响
• 1.4 制备阻隔性容器的研究进展
• 1.4.1 共混
• 1.4.2 多层共挤
• 1.4.3 表面涂覆和表面化学处理
• 1.4.4 添加无机纳米粒子
• 1.5 PVA阻隔容器
• 1 5.1 PVA发展历史
• 1 5.2 PVA结构性能特点
• 1.5.3 PVA在阻隔性方面的研究进展和应用
• 1 5.4 PVA阻隔性容器制备困难及解决办法
• 1.6 本论文研究目的、意义和创新
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要原料及试剂
• 2.2 实验设备
• 2.3 样品制备
• 2.3.1 吹塑制品的制备
• 2.3.2 吹塑制品热处理
• 2.3.3 交联片材的制备
• 2.4 测试与表征
• 2.4.1 阻隔性测试
• 2.4.2 含水率测试
• 2.4.3 DSC分析
• 2.4.4 FTIR测试
• 2.4.5 接触角测试
• 2.4.6 维卡软化点测试
• 2.4.7 透明性测试
• 第三章 通过分子复合实现PVA的吹塑成型
• 3.1 改性PVA体系热塑加工机理
• 3.1.1 改性剂与PVA间相互作用
• 3.1.2 改性PVA的热性能
• 3.1.3 PVA熔融挤出吹塑成型
• 3.2 小结
• 第四章 改性PVA吹塑制品的结构与性能
• 4.1 改性PVA吹塑制品汽油阻隔性能
• 4.1.1 Ac含量对改性PVA吹塑制品阻隔性能的影响
• 4.1.2 水含量对改性PVA吹塑制品阻隔性能的影响
• 4.1.3 不同高分子材料汽油阻隔性能比较
• 4.1.4 改性PVA吹塑制品对不同溶剂的阻隔性能比较
• 4.2 改性PVA吹塑制品其它性能
• 4.2.1 Ac含量的影响
• 4.2.1.1 透明性
• 4.2.1.2 维卡软化点
• 4.2.2 水含量的影响
• 4.2.2.1 透明性
• 4.2.2.2 维卡软化点
• 4.2.3 不同高分子材料耐热性比较
• 4.3 热处理对改性PVA吹塑制品结构与性能的影响
• 4.3.1 不同热处理温度下达到平衡水含量所需时间
• 4.3.2 热处理对改性PVA吹塑制品阻隔性的影响
• 4.3.3 热处理对改性PVA吹塑制品吸湿性的影响
• 4.3.4 热处理对改性PVA吹塑制品透明性的影响
• 4.3.5 热处理对改性PVA吹塑制品耐热性的影响
• 4.4 交联对PVA吹塑制品结构与性能的影响
• 4.4.1 交联剂的选择
• 4.4.2 交联剂对改性PVA吹塑制品吸湿性的影响
• 4.4.3 交联剂对改性PVA吹塑制品阻隔性的影响
• 4.4.4 交联剂对改性PVA吹塑制品耐热性的影响
• 4.4.5 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表和待发表学术论文、申请专利
• 致谢