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聚丙烯与苯乙烯马来酸酐共聚物共混及分子动力学研究

刘坤鹏  
【摘要】:聚丙烯(PP)具有耐磨性不足、热变形温度不高和不易染色等缺点,因此如何克服其缺点具有重要的理论和实践意义。本课题中运用共混改性的方法来提高其极性和耐热性,并运用分子动力学模拟方法对聚合物共混进行模拟研究。本文中首先通过熔融接枝的方法制备PP-g-(MAH-co-St)接枝共聚物,研究单体(MAH)用量、苯乙烯(St)用量、引发剂(DCP)用量以及温度对接枝反应的影响;然后以制备的该接枝物为增容剂,研究不同苯乙烯马来酸酐无规共聚物(SMA)用量和PP-g-(MAH-co-St)用量对共混物力学性能、水接触角以及耐热性能的影响;最后运用分子动力学模拟方法研究聚合物的相容性,结合能以及它们的力学性能等因素。研究结果表明: 1.以MAH为接枝单体,St为接枝共单体,DCP为引发剂通过熔融接枝的方法制备了接枝率为1.12%的PP-g(-MAH-co-St)接枝物。得出优化工艺为:MAH为6phr,St为6phr,DCP为0.4phr,温度170℃。 2. SMA树脂的引入,明显提高PP的耐热性和极性;PP-g-(MAH-co-St)作为增容剂很好的提高了共混物的相容性,使得材料的极性和耐热性得到增强。得出制备三元共混物的优化配方:PP为100phr,SMA为5phr,PP-g-(MAH-co-St)为5phr。所制得的共混物材料的拉伸强度为30.9Mpa,Izod无缺口冲击强度为65.3 kJ/m2,断裂伸长率426%,水接触角83.4°。 3. PP与SMA溶解度参数的差值证明二者可以形成一种部分相容的共混物;其径向分布函数表明组分分子间主要作用方式为范德华作用,同时也证明二者可以形成一种部分相容的共混物;通过比容-温度曲线得到的聚合物的玻璃化温度,发现共混物的玻璃化温度处于两种纯物质的玻璃化温度之间,表明了二者同样可以形成一种部分相容的共混物。模拟结果与实验结果一致。 4.模拟得到的聚合物之间的结合能和非键能,表明在引入PP-g-(MAH-co-St)后,三元体系的结合能要高于二元体系,PP-g-(MAH-co-St)起到了很好的增容作用;SMA高分子链的均方位移随时间变化曲线表明其链的移动性在三元体系中要高于二元体系,同样PP-g-(MAH-co-St)起到很好的增容效果;MD模拟的聚合物的力学性能与实验结果基本一致,也证明了PP-g-(MAH-co-St)起到很好的增容作用。MD模拟得出氧原子在纯PP和三元体系中的扩散,氧原子在纯PP中的扩散速度要高于其在三元体系中的扩散速度。 5.分子动力学(MD)模拟方法被证明为研究聚合物共混以及其力学性能的一种重要工具。同时MD模拟对于研究小分子在聚合物中的扩散方面具有重要的应用,也是一种重要的工具。


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