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核壳结构改性剂AIM增韧聚甲基丙烯酸甲酯的性能研究

作　者: 宋立新
导　师: 鲁建春；张会轩
学　校: 长春工业大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 聚甲基丙烯酸甲酯 核壳结构改性剂 增韧 交联密度 冲击强度
分类号: TQ325.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是一种典型的刚性无定形聚合物,因其优异的耐紫外线性能与光学性能而广泛地应用于家用电器、医疗与汽车等领域,但其宏观力学性能具有明显的脆性与缺口敏感性,因此对其增韧改性的研究一直备受关注,其中采用核壳结构改性剂的增韧方法是PMMA增韧最为重要的手段。本研究采用乳液聚合法合成了核壳结构改性剂用于增韧PMMA,考察了改性剂结构、橡胶相交联密度、改性剂与基体树脂间界面性能等因素对其增韧的影响,研究内容与结论如下：1、采用乳液聚合方法合成了两层及三层结构丙烯酸甲酯类冲击改性剂(AIM),研究了两层结构改性剂中橡胶粒子粒径变化对PMMA增韧能力的影响,结果表明P(BA-co-St)粒径为269nm时冲击强度到达最大值,且SENB实验中共混物断裂能,裂纹引发能(Kmax)也表现出相同的变化趋势,但裂纹增长能(Uprop)在P(BA-co-St)粒径为351nm时达到最大。与两层结构AIM的增韧相比较,三层结构AIM的增韧产物在低应变速率条件下的Kmax明显高于两层结构AIM的增韧产物,表明了三层结构改性剂中橡胶相的形变形式更有利于阻止共混物断裂过程中裂纹的产生。通过两种三层结构AIM增韧PMMA的形变区透射电镜观察可见,改性剂中间橡胶层为BA-St共聚物时,橡胶粒子发生了明显的空洞化,而中间层橡胶为PBA时,断裂形变区中可发现银纹的产生,这表明三层结构改性剂的中间橡胶层的性质对增韧机理的影响显著。2、采用乳液聚合方法制备了四种不同交联密度且粒径及折光指数可控的AIMs,考察了AIMs中橡胶相的交联密度变化对AIM/PMMA共混物的力学性能及光学性能的影响,结果表明：AIM/PMMA共混物的冲击强度随AIM中交联剂用量的提高呈先上升后下降趋势,当AIM的橡胶相交联剂含量为2Wt%时,AIM/PMMA共混物的Kmax、Uprop及冲击强度均达到最大值,与纯PMMA相比较,其冲击强度提高了5倍,且光学性能没有明显下降。结合共混物的冲击强度与形变区的扫描电镜(SEM)观察,可见断裂过程中此种AIM橡胶粒子的空洞化能够有效地促进基体树脂的能量吸收。3、将带有羧酸基团的AIM、PMMA与本体法制备的MMA-GMA-MA三元共聚物熔融共混制备出增韧产物,研究其改性剂与基体树脂间界面粘结性能对增韧的影响,结果表明随着AIM改性剂壳层中羧酸含量的提高,熔融共混过程中的最大转矩值与平衡转矩值逐步提高,这表明了改性剂上的羧酸官能团已经与基体树脂中环氧官能团发生了反应,进而导致了共混物熔体粘度的上升,转矩值的提高。对增韧产物的性能研究结果显示共混物的冲击强度与Kmax逐步上升,但光学性能不受影响,这表明改性剂与基体树脂间的化学反应提高了界面粘结性能,这不仅有利于形变过程中更多橡胶粒子的空洞化并促进基体树脂更大程度的剪切屈服,而且不会影响共混物的光学性能。

全文目录


摘要  2-3
Abstract  3-7
第一章 文献综述  7-24
  1.1 引言  7
  1.2 核壳结构改性剂  7-13
    1.2.1 乳液聚合原理  7-8
    1.2.2 核壳结构接枝共聚物乳胶粒的生成机理  8-13
  1.3 聚合物之间的相容性  13-14
    1.3.1 聚合物之间相容性的基本特点  13-14
    1.3.2 改善聚合物相容性的方法  14
  1.4 塑料的增韧机理  14-18
    1.4.1 聚合物的形变机理  14-16
    1.4.2 聚合物的断裂和增韧机理  16-18
  1.5 影响橡胶增韧塑料效果的因素  18-20
    1.5.1 橡胶与塑料的相容性  19
    1.5.2 橡胶粒子的尺寸  19-20
    1.5.3 橡胶的含量及分散状态  20
  1.6 聚合物的透明原理  20-23
    1.6.1 聚合物的透光性  20-21
    1.6.2 透明与雾度  21-22
    1.6.3 多相非均质聚合物材料的透明性  22-23
  1.7 本论文的研究方案  23-24
第二章 实验部分  24-31
  2.1 不同粒径AIM的合成与性能测试  24-26
    2.1.1 实验原料  24
    2.1.2 AIM的合成及表征  24-25
    2.1.3 AIM/PMMA共混物的制备与力学性能测试  25-26
    2.1.4 AIM/PMMA共混物光学性能的测试  26
    2.1.5 粒径测试  26
    2.1.6 形态学观察  26
  2.2 不同交联程度AIM的合成与性能测试  26-28
    2.2.1 实验原料  26
    2.2.2 AIM的制备与表征  26-27
    2.2.3 AIM/PMMA共混物的制备及力学性能测试  27
    2.2.4 AIM/PMMA共混物光学性能的测试  27
    2.2.5 粒径测试  27
    2.2.6 AIM动态力学性能的表征  27
    2.2.7 AIM/PMMA共混物的形态观察  27
    2.2.8 AIM中溶胀比和凝胶含量的测定  27-28
  2.3 官能化AIM的合成与性能测试  28-31
    2.3.1 实验原料  28
    2.3.2 官能化AIM的合成  28-29
    2.3.3 P(MMA/GMA/MA)的制备  29-30
    2.3.4 共混与流变性能测试  30
    2.3.5 力学性能的测试  30
    2.3.6 形态观察  30
    2.3.7 粒径测试  30-31
第三章 实验结果与讨论  31-50
  3.1 AIM结构对PMMA增韧的影响  31-39
    3.1.1 两层结构AIM粒径变化对AIM/PMMA性能的影响  31-36
    3.1.2 三层结构AIM增韧PMMA的研究  36-39
  3.2 AIM中橡胶相交联程度对AIM/PMMA性能的影响  39-44
    3.2.1 不同交联程度AIM的表征  39-40
    3.2.2 AIM/PMMA的形态观察  40-41
    3.2.3 AIM/PMMA力学性能测试  41-44
  3.3 官能化AIM增韧PMMA的研究  44-50
    3.3.1 官能化AIM制备RT-PMMA的流变性能  44-46
    3.3.2 RT-PMMA的力学性能与光学性能  46-48
    3.3.3 形态观察  48-50
结论  50-51
致谢  51-52
参考文献  52-56
攻读硕士学位期间的研究成果  56-57
作者简介  57-58

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 合成树脂与塑料工业 > 聚合类树脂及塑料 > 聚丙烯酸酯树脂及塑料
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