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聚烯烃异氰酸酯官能化与聚烯烃/尼龙6的增容研究

邵昉  
【摘要】: 聚合物共混是制备高性能复合材料的重要方法,但大多数聚合物都是互不相容的,简单的机械混合难以获得高性能的聚合物共混材料,需要在共混过程中加入相容剂来改善共混物的相容性。在共混过程中加入接枝共聚物或嵌段共聚物,通过反应增容来提高共混物的相容性是最有效的反应共混方法。要实现聚合物之间的相容,制备高性能的复合材料,选择理想的相容剂是关键。本文制备了两类新型的相容剂,重点研究了它们对聚烯烃/尼龙6共混体系的增容。 采用一种含有异氰酸根官能团的极性单体3-异丙烯基-α,α-二甲基苄基-异氰酸酯(TMI)对聚丙烯(PP)进行熔融接枝改性,探讨了过氧化二异丙苯(DCP)引发剂用量、苯乙烯(St)共单体用量、TMI单体用量、反应时间、反应温度和转速对接枝反应的影响。结果表明:TMI单体成功接枝到PP链上;St共单体能有效提高TMI的接枝率和抑制PP链的降解;接枝反应的机理为:St共单体先接枝到PP上,然后TMI单体接枝到苯乙烯自由基上,如此形成St与TMI的交替共聚物;以下工艺条件对获得高接枝率PP-g-TMI有利:PP-100 g,DCP-0.4 g,TMI-10 ml,St-7.5 ml,反应温度-190℃,反应时间-10 min,转速-60 rpm。将PP-g-TMI作为反应型相容剂应用于聚丙烯/尼龙6(PP/PA6)共混体系,通过红外光谱分析、抽提分析、平衡扭矩分析和DSC分析证实了PP-g-TMI中的异氰酸根(-NCO)可与分散相PA6的端氨基(-NH_2)发生化学反应生成PP-g-PA6共聚物,随着相容剂接枝率和含量增大,生成的PP-g-PA6越多。PP/PA6共混物的力学性能和断面形态分析结果表明:PP-g-TMI能有效增容PP/PA6体系;体系的相容性随着PP-g-TMI接枝率增大而逐渐改善;随着PP-g-TMI含量增加,相容性呈现先提高后降低的趋势,向共混体系中加入8 phrPP-g-TMI时,共混物的相容性达到最优。反应共混影响因素的分析结果表明:PP/PA6体系的共混温度应不低于230℃,时间不少于10 min,转速至少为60 rpm;两步加料方式比一步加料方式的共混效果更好。 对TMI单体和St共单体熔融接枝三元乙丙橡胶(EPDM)的过程进行了研究,红外光谱分析结果证实了TMI单体与EPDM之间的接枝反应,以及共单体St在接枝反应中的重要作用。将接枝产物EPDM-g-TMI作为相容剂添加到三元乙丙橡胶/尼龙6(EPDM/PA6)共混体系,通过红外分析、抽提分析、平衡扭矩分析和结晶行为分析证实了EPDM-g-TMI能与PA6组分发生反应生成EPDM-g-PA6共聚物。玻璃化转变温度(T_g)、冲击强度、形态结构和Molau实验的分析结果表明:EPDM-g-TMI能有效增容EPDM/PA6体系;共混体系的相容性随着EPDM-g-TMI接枝率增大而提高;随着EPDM-g-TMI含量增大,体系的相容性先提高后降低,向体系中添加6 phr相容剂时,EPDM/PA6体系的相容性最佳。 在PP异氰酸酯官能化的基础上,采用阴离子活性聚合法反应挤出PP-g-PA6共聚物,通过红外分析证实了PP-g-PA6的成功制备。将PP-g-PA6作为非反应型相容剂应用到PP/PA6体系,扫描电镜分析结果表明:PP-g-PA6能有效增容PP/PA6体系;体系的相容性随着PP-g-PA6用量增大而逐渐提高,向体系中加入15 phr PP-g-PA6时,分散相PA6的粒径可减小至约200 nm;相对于PA6支链短的PP-g-PA6,长支链的PP-g-PA6对PP/PA6体系的增容效果更好。


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