聚苯乙烯/膨润土改性PP性能的表征及其可染纤维的研究

论文摘要

近年来聚合物/聚合物/无机纳米颗粒三元共混体系的研究逐渐受到关注。通过调节共混体系间的组成,充分体现各组分的特性及整体效应,可实现复合材料的多性能化。聚丙烯(PP)纤维是主要合成纤维品种之一,其性能优良、用途广泛,但染色性能差制约了其进一步的发展。本课题旨在通过原位悬浮聚合工艺制备聚苯乙烯(PS)/膨润土(Garamtie)复合粒子,并将其引入到PP基体中,组成新的聚合物/聚合物/无机物(PP/PS/Garamite)三元共混体系,赋予PS及膨润土在PP基体中的良好分散性能,使该共混体系具有良好的可纺性,同时利用均匀分散在体系中的PS及膨润土分散相来提高细旦PP纤维的染色性能。本课题采用原位悬浮聚合制备出含膨润土且与PP具有良好复配性能的聚苯乙烯(PS/Garamite)粒子,与PP熔融共混进行改性。系统研究PP/PS、PP/PS/Garamite共混体系的特性以及纤维成形过程中膨润土对共混体系的影响。最后成功制备出可染改性PP纤维,有效提高了纤维的染色深度。通过以上研究,得到如下结论:选择了合适的经表面有机改性的膨润土,通过调整原位悬浮聚合工艺,成功制备出不同膨润土含量的PS/Garamite粒子。结果表明:膨润土在聚合产物PS/Garamtie粒子中的分散性良好。在添加量小于8%时,PS/Garamite粒子中膨润土的含量随膨润土添加量的增大而提高。为了提高添加剂PS或PS/Garamite在PP基体中的分散性,将其与PP先经捏和机预混,然后经过带静态混和器的双螺杆挤出机熔融共混。研究了PS或PS/Garamite分散相的引入对PP基体的结晶行为、热学性能、流变性能等的影响。结果表明:PS或PS/Garamite的加入使共混体系中PP的结晶速率加快,共混体系表观粘度、损耗模量、储能模量随着温度的升高而降低,在同一温度时,表观粘度随剪切速率的提高而降低。在添加比例相同时,PP/PS/Garamite与PP/PS体系相比,由于膨润土的引入,结晶速率有所增加,熔点有所降低,结晶温度提高,结晶度降低,此外体系的表观粘度、损耗模量、储能模量值有所提高。研究了PS或PS/Garamtie分散相的引入对共混纤维成形过程及纤维结构、力学性能和染色性能的影响。结果表明:PP/PS/Garamite纤维与PP/PS纤维相比,在相同牵伸倍数下,三元共混纤维的声速模量、取向度较高,纤维的染色深度和上染率较PP/PS共混纤维也有较大提高,在相同染色条件下,PP/PS/Garamtie三元共混纤维比PP/PS共混纤维的表观深度K/S值最大可增加61.6%,上染率最大可增加1.1倍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 聚丙烯纤维概况
• 1.1.1 聚丙烯纤维的特点
• 1.1.2 聚丙烯纤维染色改性
• 1.1.2.1 聚丙烯纤维可染改性的方法
• 1.1.2.2 高聚物共混改性可染聚丙烯纤维的发展
• 1.2 聚苯乙烯在聚丙烯染色改性中的应用
• 1.2.1 聚苯乙烯主要的合成方法
• 1.2.1.1 本体聚合
• 1.2.1.2 悬浮聚合
• 1.2.1.3 乳液聚合
• 1.2.2 聚苯乙烯类改性添加剂在聚丙烯可染改性中的应用
• 1.3 膨润土概述及其应用
• 1.3.1 膨润土概述
• 1.3.2 粘土的应用
• 1.3.2.1 粘土在聚苯乙烯/粘土复合材料中的应用
• 1.3.2.2 粘土在聚丙烯/粘土纳米复合材料中的应用
• 1.3.2.3 粘土在纤维中的应用
• 1.4 高聚物基纳米复合材料的制备研究
• 1.4.1 聚合物/无机纳米复合材料的制备
• 1.4.2 聚合物/聚合物/无机物三元共混材料研究
• 1.5 本课题的主要研究内容及创新点
• 1.5.1 本课题的提出
• 1.5.2 本课题的研究内容
• 1.5.3 创新点
• 第二章 原位悬浮聚合制备PS/Garamite复合粒子
• 2.1 引言
• 2.1.1 悬浮聚合反应过程
• 2.1.2 原位聚合
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验设备
• 2.2.3 样品制备与聚合实验方法
• 2.2.4 测试方法
• 2.2.4.1 微观相结构观察
• 2.2.4.2 红外吸收光谱分析
• 2.2.4.3 膨润土包覆量测试
• 2.2.4.4 膨润土层间距测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 原位悬浮聚合产物形态及分子量控制
• 2.3.2 膨润土在PS/Garamite粒子中的分散性
• 2.3.3 红外光谱分析
• 2.3.4 膨润土加入量对聚合产物中膨润土包覆率的影响
• 2.3.5 膨润土层间距
• 2.4 本章小结
• 第三章 PP/PS/Garamite共混体系性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料
• 3.2.2 仪器与设备
• 3.2.3 实验与测试方法
• 3.2.3.1 共混体系的制备
• 3.2.3.2 PP/PS及PP/PS/Garamtie共混体系薄膜的制备
• 3.2.3.3 PP/PS/Garamite共混体系中膨润土层间距测试
• 3.2.3.4 共混体系DSC测试
• 3.2.3.5 熔融指数的测定
• 3.2.3.6 动态流变性测试
• 3.2.3.7 偏光显微镜结晶形态观察
• 3.2.3.8 光学解偏振仪测定结晶速率
• 3.2.3.9 PP、PP/PS及PP/PS/Garamite共混体系的染色性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 PP/PS/Garamite共混体系中膨润土的层间距
• 3.3.2 共混体系的结晶行为
• 3.3.2.1 PP、PP/PS及PP/PS/Garamite共混体系结晶形态
• 3.3.2.2 PP/PS及PP/PS/Garamite共混体系结晶动力学
• 3.3.3 PP/PS及Hy-PS/PP共混体系热性能研究
• 3.3.3.1 PS及PS/Garamite对共混体系熔融过程的影响
• 3.3.3.2 PS及PS/Garamite对共混体系结晶过程的影响
• 3.3.4 PP、PP/PS及PP/PS/Garamite共混体系流动性能研究
• 3.3.4.1 熔融指数的影响
• 3.3.4.2 温度对共混体系流动性能的影响
• 3.3.4.3 频率对共混体系流动性能的影响
• 3.3.5 PP/PS及PP/PS/Garamite共混体系的染色性能
• 3.4 本章小结
• 第四章 PP/PS/Garamite共混体系纤维成形与表征
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料
• 4.2.2 仪器与装置
• 4.2.3 样品制备与方法
• 4.2.3.1 双螺杆共混造粒
• 4.2.3.2 纺丝工艺
• 4.2.3.3 小型纺丝机卷绕装置
• 4.2.3.4 纤维牵伸设备
• 4.2.3.5 纤维染色前处理
• 4.2.3.6 纤维染色方法
• 4.2.4 样品表征
• 4.2.4.1 共混纤维纤度的测定
• 4.2.4.2 共混纤维取向度的测定
• 4.2.4.3 共混纤维力学性能测定
• 4.2.4.4 共混纤维SEM表征
• 4.2.4.5 纤维染色深度表征
• 4.2.4.6 纤维上染率测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 共混纤维的可纺性
• 4.3.2 共混纤维的取向态结构
• 4.3.3 共混纤维的物理机械性能
• 4.3.4 共混纤维的表面形态结构
• 4.3.5 共混纤维的染色深度及饱和度测试
• 4.3.6 共混纤维的上染率测试
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 研究生在学期间学术论文发表情况
• 致谢