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苯乙烯—丁二烯共聚树脂合成及性能研究

姜科  
【摘要】:苯乙烯-丁二烯共聚树脂是一种高苯乙烯含量的高透明高抗冲击树脂。通过对聚合物分子结构设计,使得少量的丁二烯以多嵌段的形式结合到分子链中,起到增韧的作用,赋予苯乙烯-丁二烯树脂较高的抗冲击性能和断裂伸长率,同时聚合物的透光率得到最大程度保存而雾度基本不增加。这类树脂具备无毒、加工性能优异、高光泽、耐冲击等特点,在儿童玩具、家电行业、医疗器械、办公用品等制作中被广泛应用。商业化产品主要以美国、日本、德国等企业为主,国内的研发工作起步较晚,产品牌号较少,工业化步伐缓慢,国内需求量大部分依赖进口。为了促进丁苯树脂国产化步伐,丰富牌号,快速占领国内市场,本论文对苯乙烯-丁二烯共聚树脂合成及后处理工艺进行系统的研究,考察了分子结构、偶联剂、终止工艺、后处理工艺等因素对产品综合性能的影响,主要工作如下: 1、丁二烯结合量决定产品的透光率、雾度及力学性能。综合考虑光学性能和力学性能,丁二烯质量含量以25%左右为宜。 2、采用三次加料、两次引发,一步偶联的聚合工艺合成星型丁苯树脂,加料过程可表示为St_1+RLi_1+RLi_2+St_2+Bd+X,聚合产物结构可表示为(S_1-S_2--B)m-X-(S_2-B)n。其中St_1和St_2分别为两次加入的苯乙烯,RLi_1和RLi_2分别为两次加入的引发剂丁基锂,Bd为丁二烯,X为偶联剂。S_1和S_2分别表示两次引发增长的聚苯乙烯均聚链,B为苯乙烯均聚链上增长的聚丁二烯均聚链。这种星型丁苯树脂抗冲及拉伸断裂伸长率优异,聚合物中苯乙烯全部以嵌段形式存在,其中S_2均聚段的数均分子量决定产品的性能,当S_2段数均分子量在9500左右时,缺口冲击不断裂,拉伸断裂伸长率高达340%以上。 3、采用环氧大豆油为偶联剂,研究了环氧大豆油的偶联机理。研究发现,偶联过程中环氧大豆油中的酯基首先发生断链反应,断链后环氧基团为主要反应官能团,且断链后环氧基团反应活性高于酯基活性,偶联臂数根据偶联剂加入量介于2-3之间。 4、采用两步加料一次引发的聚合技术,合成线型结构丁苯树脂,聚合物分子链形成一定的无规共聚过渡段。研究苯乙烯无规结构含量对性能的影响,结果表明,苯乙烯无规结构含量增加,产品硬度降低,抗冲强度及断裂伸长率增加,对光学性能无明显影响。 5、终止中和工艺主要影响产品的透光率、雾度、黄色指数。选用去离子水为终止剂,二氧化碳为中和剂,在90℃条件下,终止10分钟,中和20分钟,产品透光率在89%以上,雾度低于5%。 6、后处理研究结果表明,物料在螺杆内160-180℃的高温下,随着停留时间的增加,产品黄色指数增加,熔融指数降低,在确保产品挥发分低于0.2%的基础上,应尽量低温快速处理物料,以保证产品品相。


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