PVC氯化原位接枝HEA共聚物的合成、性能及应用

论文摘要

本文采用氯化原位接枝反应方法对聚氯乙烯（PVC）进行改性。以PVC为基体，合成了以PVC为骨架聚合物、丙烯酸-2-羟基乙酯（HEA）为支链的接枝共聚物，其产物记作CPVC-cg-HEA。该反应中不需要加入任何引发剂，以氯自由基引发接枝及氯代反应，得到羟基官能化PVC接枝聚合物。文中用FT-IR、1H-NMR、GPC、DSC、TG等对纯化后的接枝产物的结构和性能进行了表征。改性产物通过在FT-IR谱图1749cm-1处出现C=O的吸收峰，和在1H-NMR谱图δ=0.8～1.4ppm处出现HEA支链分子结构中-CH2-CH2-COO-上氢的化学位移证明了该反应过程接枝共聚物的生成。详细分析和确定了产物结构，推测了PVC氯化原位接枝HEA的反应历程。GPC结果表明CPVC-cg-HEA分子量（?）n和（?）w较CPVC都增加，分布范围变窄。同时还研究了CPVC-cg-HEA的应力-应变关系、流变性能以及亲水性和热稳定性等性能。并考察了单体加入量、反应温度、氯气流量、膨润时间等反应条件对产物力学性能的影响。另外，本文以两种带有活性基团的功能高分子，即CPVC-cg-HEA以及聚乙烯与顺丁烯二酸酐的氯化原位接枝共聚物（CPE-cg-MAH），分别替代CPVC、CPE进行共混。研究发现，CPVC-cg-HEA和CPE-cg-MAH在高温共混时可发生反应，所得共混物与CPVC／CPE共混物相比，材料的物理力学性能有较大的变化；其中共混比例为10：1时，拉伸强度增大4.9MPa，断裂伸长率提高27.4％，冲击强度提高10.6 kJ·m-2，维卡软化温度下降2.2℃，热稳定性有所增加；SEM分析共混物的拉伸断面韧性断裂特征更明显。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 文献综述
• 引言
• 1.1 聚氯乙烯概述
• 1.2 聚氯乙烯的物理改性
• 1.2.1 增韧改性
• 1.2.1.1 弹性体增韧改性
• 1.2.1.2 非弹性体增韧改性
• 1.2.2 加工改性
• 1.2.3 耐热改性
• 1.2.4 阻燃改性
• 1.3 PVC的化学改性
• 1.3.1 接枝共聚
• 1.3.1.1 接枝共聚物的制备方法
• 1.3.1.2 接枝共聚反应类型
• 1.3.1.3 接枝共聚物的分离和结构表征
• 1.3.2 交联
• 1.3.2.1 化学交联
• 1.3.2.2 辐射交联
• 1.3.3 氯化
• 1.4 氯化原位接枝实验原理
• 1.4.1 氯化接枝
• 1.4.2 PVC的氯化原位接枝
• 第二章 PVC氯化原位接枝 HEA共聚物的合成与表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 原料与主要设备
• 2.1.2 氯化原位接枝共聚物的合成
• 2.1.3 氯气流量的表征
• 2.1.4 氯化原位接枝共聚物的分离和提纯
• 2.1.5 反应产物的FT-IR表征
• 1H-NMR表征'>2.1.6 反应产物的¹H-NMR表征
• 2.1.7 反应产物的GPC表征
• 2.1.8 反应产物的DSC表征
• 2.1.9 反应产物氯含量的计算
• 2.1.10 反应产物接枝率的计算
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 氯化原位接枝法合成接枝共聚物的反应历程
• 2.2.2 接枝产物结构分析
• 2.2.2.1 接枝产物FT-IR分析
• 1H-NMR分析'>2.2.2.2 接枝产物¹H-NMR分析
• 2.2.2.3 接枝产物GPC分析
• 2.2.2.4 接枝产物DSC分析
• 2.2.3 CPVC-cg-HEA的合成
• 2.2.3.1 单体加入量对产物接枝率的影响
• 2.2.3.2 反应温度对产物接枝率的影响
• 2.2.3.3 氯气流量对产物接枝率的影响
• 2.2.4 氯化反应速率的研究
• 2.3 结论
• 第三章 PVC氯化原位接枝 HEA共聚物的性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 原料
• 3.1.2 配方
• 3.1.3 混炼
• 3.1.4 压片
• 3.1.5 力学性能测试
• 3.1.6 流变性能测试
• 3.1.7 亲水性能测试
• 3.1.8 热稳定性能测定
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 接枝产物 CPVC-cg-HEA的应力-应变关系
• 3.2.1.1 拉伸速率对接枝产物应力-应变关系的影响
• 3.2.1.2 温度对接枝产物应力-应变关系的影响
• 3.2.2 接枝产物 CPVC-cg-HEA的流变性能
• 3.2.2.1 接枝产物熔体粘度与剪切速率的关系
• 3.2.2.2 接枝产物熔体粘度与剪切应力的关系
• 3.2.2.3 接枝产物剪切应力与剪切速率的关系
• 3.2.2.4 接枝产物的挤出胀大行为
• 3.2.3 接枝产物 CPVC-cg-HEA的亲水性
• 3.2.3.1 接枝产物 CPVC-cg-HEA在甲醇中的溶解性
• 3.2.3.2 接枝产物 CPVC-cg-HEA在甲苯中的溶解性
• 3.2.4 接枝产物 CPVC-cg-HEA的热稳定性
• 3.2.4.1 接枝产物 CPVC-cg-HEA的热重分析
• 3.2.4.2 接枝产物 CPVC-cg-HEA的刚果红法分析
• 3.2.5 反应条件对接枝产物力学性能的影响
• 3.2.5.1 单体加入量对接枝产物力学性能的影响
• 3.2.5.2 反应温度对接枝产物力学性能的影响
• 3.2.5.3 氯气流量对接枝产物力学性能的影响
• 3.2.5.4 膨润时间对接枝产物力学性能的影响
• 3.3 结论
• 第四章 CPVC-cg-HEA/CPE-cg-MAH二元共混反应的研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 原料
• 4.1.2 共混体系组成
• 4.1.3 混炼
• 4.1.4 压片
• 4.1.5 凝胶含量测定
• 4.1.6 力学性能测试
• 4.1.7 相态结构分析
• 4.1.8 热性能测定
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 共混反应可行性分析
• 4.2.1.1 共混过程反应机理
• 4.2.1.2 共混体系的凝胶含量
• 4.2.2 共混体系的性能
• 4.2.2.1 共混体系的力学性能
• 4.2.2.2 共混体系的应力-应变关系
• 4.2.2.3 共混体系的相态结构
• 4.2.3 共混比例对共混体系性能的影响
• 4.2.3.1 共混比例对共混体系力学性能的影响
• 4.2.3.2 共混比例对共混体系热性能的影响
• 4.2.4 共混工艺对共混体系力学性能的影响
• 4.3 结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录