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用光散射方法研究PS/SAN共混体系在静态和动态剪切场中的相行为

杨其  
【摘要】: 一般而言,聚合物共混物是热力学不相容体系。改善聚合物共混物相容性的方法大致归为两类:利用“分子间特殊相互作用”以及采用“分子内链段排斥性相互作用”。后者要求共混物中含有无规共聚物,由于无规共聚物易于合成、制备,且可以通过调节共聚组成改变其与其它组分的相容性,因此,含有无规共聚物的共混体系的相容性问题已经成为聚合物共混物相容性研究的前沿之一,不仅具有重要的理论意义,而且有广阔的应用前景。同时,聚合物共混物只有经加工才能成为最终产品,在加工过程中会受到剪切的作用。所以研究剪切场中聚合物共混物的相态结构变化规律,对更准确地掌握剪切场中体系的形态变化规律,获得所需性能的材料具有重要意义。在以往对剪切场中聚合物共混物相行为的研究中,主要以均聚物构成的共混物为主,而含无规共聚物的共混体系在剪切场中的相行为研究却较少。 本论文选择了含无规共聚物苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)的聚苯乙烯/苯乙烯-丙烯腈共聚物(PS/SAN)共混体系为研究对象(这是一类由均聚物A和含有与均聚物相同组分的无规共聚物A-B组成的共混体系, 用光散射方洁研究PS/SAN共混体系在静态和动态剪切场中的相行为 本论文简称A/A亿型共混体系厂 该体系的相行为研究迄今未见报道。 利用光散射方法(SALS)研究了该体系在静态和动态剪切场中相行为的 变化规律。 本论文的主要研究工作和一些新的进展如下: 1、自行建立了一套可用于研究剪切场中聚合物共混体系相行为的 激光散射系统,具有所用激光光源稳频性能好、采集的散射图样分辨 率高、采集速度快、热台控温精度高、剪切单元速度控制精确等优点。 并自行编制了能实时监控散射图样、实现数据转换的软件。 2、首次发现了 PS/SAN共混体系在一定条件下,具有 UCST行为, 丰富了含无规共聚物共混体系的研究内容,为更好地控制这类共混体 系相结构提供了依据。实验结果表明,PS分子量为 5.30X 10\ SAN(分 子量 3.64 X 10‘)中丙烯睛(AN)的体积含量为 20%时,PS/SAN体系出现 UCST行为,其最高共溶温度 17loC在共混LL50/50处出现。 利用改进的状态方程理论u)和 WJ 提出的关于 A八干型共混体 系相容特征的理论(简称 W理论厂 对具有 UCST行为的 PS乃AN共混体 系的相容特征进行了理论计算,理论计算与实验结果基本一致。 3、同时研究了程序升温过程和温度跃变过程中体系从两相到均相 的相溶解过程ohase Dissolution卜 改变了以往该领域研究中仅有单一的 温度跃变升温模式的情况。 在温度跃变过程中,PS/SAN 体系的相溶解过程是组分间的自扩散 过程,PS历AN体系散射规律对 Porod定律的偏离以及体系界面层的变 化情况显示在此扩散过程中,PS与SAN之间较尖锐的界面逐渐变得弥 散,两相间的浓度差不断减小,最终形成均一的浓度涨落。根据FICk 模型对PS书AN体系相溶解动力学的分析可知,小的分散相能在较短的 时间溶解,而大相区的溶解速度较小。对于程序升温过程,PS乃AN体 系的相溶解过程与温度跃变类似。但二者的动力学过程有所不同:温 度跃变模式的相溶解过程中散射光强呈指数规律下降,而程序升温模 式中散射光强呈线性下降。 4、PS乃AN共混体系中SAN共聚比例、组分分子量、共混比例、制 样溶剂、试样制备方法等因素对其相容性的影响极大。对于PS/SAN共 互二 四川大学博士学位论文 混体系,SAN中丙烯睛(AN)含量越高、共混体系中各组分的分子量越大, 体系的相容性越差;对于相同共聚组成和分子量的PS/SAN体系,当共 混比在 UCST处,体系的相容性最差;溶剂的选择对陀乃AN体系相容 性的影响也很大,选用二氯乙烷为共溶剂,体系的相容性比选用二甲 苯为共溶剂好。 5、首次研究了剪切场中PS/SAN体系相行为的变化规律,丰富了 剪切场中相行为研究的体系,为研究剪切场中含无规共聚物的A/A亿 型共混体系相行为打下了坚实的基础。 实验结果表明,剪切会使PS/SAN体系的相容性变差,浊点升高。 剪切使体系发生明显的各向异性,平行于流动方向的散射光强不变或 有所减弱,而垂直于流动方向能在更大的散射角散范围内观察到散射 光强,说明剪切场对PS/SAN体系平行方向相行为的影响较垂直方向要 小。在剪切后的等温松弛和程序升温过程中,这种各向异性表现得也 很突出。 SAN的共聚组成、温度等因素对剪切场中PS/SAN体系相行为的影 响很显著;而在实验范围内,剪切速率对体系相行为的影响不大。 首次运用改进的EOS理论k理论计算了剪切场中含无规共聚物的 PS/SAN共混体系相行为的变化规律。两种理论计算的结果均表明,剪 切场对PS/SAN


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