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《吉林大学》 2011年
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石墨/可发性聚苯乙烯的合成工艺及性能研究

缪晓杰  
【摘要】:随着我国节能减排策略的深入,作为保温材料的可发性聚苯乙烯(EPS)板材备受人们的关注。保温材料EPS具有低导热系数、有一定的强度和韧性、可规模化成型、工艺成熟以及施工便利等优点。为了进一步降低导热系数,德国巴斯夫公司经过10年的不懈努力和研发,首先推出了石墨/可发性聚苯乙烯(Graphite/Expandable Polystyrene,G-EPS)复合材料,并在2010年推向市场,但其合成工艺技术保密,以此控制低导热系数G-EPS市场。因此,如何利用现有EPS的大生产工艺来制备出低导热系数的G-EPS是本论文的主要研究内容。 第二章主要采用苯乙烯单体溶胀法,实现了线性低密聚乙烯(LLDPE)与苯乙烯单体的悬浮共聚合的工艺。阐述了LLDPE对PS的增韧改性机理,对不同配比的LLDPE与苯乙烯单体进行比较实验,确定了LLDPE与苯乙烯不同配比的最佳工艺条件,获得了分散性好、粒度分布均匀的增韧聚苯乙烯粒子(PS)。通过IR、SEM、DSC表征,考察了LLDPE加入量对聚合过程的接枝效率、成球率、粒子的形貌、平均粒径、粒度分布和共聚物玻璃化转变温度等性质的影响。 第三章主要是寻找一种便利的石墨改性工艺,使得改性石墨在苯乙烯单体中有良好分散性。本章通过石墨在苯乙烯单体中的沉降实验,详细讨论了石墨的种类和粒径的影响;对石墨改性工艺中溶剂的选择进行了讨论,并对改性前后石墨在水中、单体、水和单体混合液中的分散稳定性进行表征,结果表明改性后的石墨和苯乙烯有良好的相容性。通过改变改性石墨不同加入顺序,用扫描电镜(SEM)分析了合成工艺中加入顺序对石墨在苯乙烯中分散性的影响。此外对石墨改性工艺中的设备进行了设计并投入了工业化生产,实现了年产800吨改性石墨的大生产工艺,从而为合成G-EPS提供基础和保证。 第四章是在改性石墨的基础上,研究了一步法制备石墨/可发性聚苯乙烯(Graphite/Expandable Polystyrene,G-EPS)复合粒子的中试工艺,制备了黑色度均匀的G-EPS。本章详细讨论了水油比对G-EPS聚合反应体系粘度的影响;石墨添加量对G-EPS的粒径分布、分子量的变化进行了讨论;并研究了引发剂浓度对G-EPS的分子量和反应周期的影响;利用扫描电镜(SEM)对G-EPS原粒、泡粒进行了形貌分析;对G-EPS泡沫的导热系数和阻燃性能进行了测定,并对G-EPS具有低导热系数和高阻燃性从机理上进行了初步探讨。 第五章研究了一步法制备石墨/可发性聚苯乙烯(Graphite/Expandable Polystyrene,G-EPS)复合粒子的工业化大生产工艺。主要解决了以下几方面的问题:优化了工业化生产试验的工艺参数及工艺流程;优化了工业化生产设备的选型和设计,实现了年产9万吨G-EPS的大生产工艺;将工业化生产的产品送到国家权威部门作性能测试,并在保温材料生产厂家做各种性能检验;综合分析了工业化生产G-EPS的经济效益。 本论文主要研究了石墨改性的工业化大生产工艺和石墨/可发性聚苯乙烯复合材料合成的中试和大生产工艺,并对产品的性能进行系统的研究。打破了德国巴斯夫和韩国锦湖等公司对低导热系数G-EPS市场的垄断地位,拥有了国内自主研发的技术,填补了国内G-EPS生产技术的空白。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ325.2

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