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反应加工制备结构可控的接枝共聚物PS-g-PA6及其相容特性

张才亮  
【摘要】: 聚合物相容共混是不相容聚合物共混过程中加入或原位生成嵌段或接枝共聚物实现相容的技术,已成为制备高性能高分子材料的重要方法。相容剂的相容有效性取决于它们的分子结构、分子量、组成以及与共混物的每一组分之间的相互作用力等。现在盛行的原位相容技术主要是在共混过程中通过界面偶合反应生成接枝共聚物而起相容作用的,但至今什么组成和结构的接枝共聚物具有高效的相容性仍不明确,急需研究。 论文创造性地采用结构可控的聚苯乙烯(PS)和尼龙6(PA6)的接枝共聚物(PS-g-PA6)作为PS/PA6共混体系的相容剂,建立了接枝共聚物的链结构和组成与其相容特性的定量关联,这对于指导具有高效相容特性的接枝共聚物的组成和结构优化有重要的意义。 论文主要包括三部分内容:(1)提出新的反应加工技术制备结构可控的PS-g-PA6;(2)研究PS-g-PA6作为PS/PA6共混体系的相容剂的相容特性以及热历史下稳定共混物相形态的特性;(3)提出示踪相容剂的概念,将传统的化学工程概念(停留时间分布)引入到高分子材料加工领域,研究双螺杆挤出加工过程中共混物的相形态的动态演变规律。论文取得了以下创新性研究结果: 1、在催化剂己内酰胺(NaCL)存在下,3-异丙烯基-α,α-二甲基苄基异氰酸酯(TMI)和苯乙烯(St)的共聚物(PS-co-TMI)中异氰酸官能团引发己内酰胺(CL)聚合,形成接枝共聚物PS-g-PA6。接枝共聚物的结构主要由以下三因素所决定:主链链长、接枝链长和接枝密度。CL接枝到PS-co-TMI主链上的过程中,PS-co-TMI没有发生链降解,因此PS-g-PA6的主链链长可由PS-co-TMI的分子量决定;所有的异氰酸官能团都参与了引发CL的聚合,从而接枝密度可由PS-co-TMI中TMI的含量决定;接枝链长可通过PS-co-TMI/CL的摩尔比来控制。 2、接枝共聚物PS-g-PA6作为PS/PA6共混体系的相容剂的相容效率通过分散相/母体形态中分散相尺寸以及在静态热处理下共连续相形态的稳定来衡量。结果表明接枝共聚物的结构和组成对它的相容特性有较大的影响:对于具有相同主链链长和接枝密度的接枝共聚物,接枝链越长,相容效率越高;对于具有相同组成的接枝共聚物,接枝密度越低而接枝链越长,相容效率越高。 3、在短时间混合内,加料方式对分散相尺寸有较大的影响,但随着混合时间的延长,这种影响减小甚至可以忽略。这表明加料方式主要影响接枝共聚物Ps-g-PA6到达和稳定界面所需的时间。有效的加料方式应遵循两个原则:第一,为了避免分散相和母体的相反转,母体应在分散相之前熔融;第二,相容剂应在分散相开始熔融前加入。 4、对于工业级的聚合物混合过程,很难建立乳化曲线来评估相容剂的相容能力。论文创新性的提出示踪相容剂的概念来解决这一问题。首先将少量的荧光性官能团(如蒽基)反应到Ps-co-TMI上,然后利用Ps-co-TMI中未反应的异氰酸官能团引发CL聚合,形成含有荧光性官能团的接枝共聚物,即示踪相容剂。连续混合装置(如双螺杆挤出机)中的乳化曲线能通过示踪相容剂的浓度分布(即停留时间分布)和相应的共混物的分散相尺寸分布的结合来实现。乳化曲线不仅能够反映相容剂的相容特性,更重要的是能够反映聚合物的混合状况,这无疑将开创聚合物共混的新的研究领域。


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