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液晶聚合物作为β晶成核剂诱导等规聚丙烯结晶行为的研究

作 者: 孔波
导 师: 胡建设
学 校: 东北大学
专 业: 高分子化学与物理
关键词: 液晶聚合物 成核剂 聚丙烯 α晶 β晶 结晶行为
分类号: TQ325.14
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要


液晶聚合物(LCP)具有高强、高模等优良特性,在复合材料共混改性中已获得了的应用,但LCP作为聚丙烯成核剂的研究报道很少,因此开展液晶类p晶型成核剂的研究不仅具有重要的学术价值和理论意义,而且会产生液晶聚合物成核PP的新的分支,为液晶聚合物成核理论的研究提供契机,同时也有望开发出高效、多功能化且具有自主知识产权的液晶类p晶成核剂。本论文设计与合成了五种烯丙氧基类液晶单体(M1-M5),并分别将上述单体与聚甲基含氢硅氧烷聚合,得到P1-P5五种均聚物,另外,还将一定量的单体、含羟基或羧基的中间体与聚甲基含氢硅氧烷进行接枝共聚,制备出五种新型液晶共聚物LCP-OH(1)~LCP-OH(4)和LCP-COOH。此外,并分别把不同含量的P2、LCP-OH(1)和LCP-OH(2)与PP按一定工艺条件共混,得到了一系列的共混样品。FT-IR研究表明,所合成的单体、均聚物和共聚物均符合分子设计。通过偏光显微镜(POM)、差示扫描量热仪(DSC)、热失重分析仪(TGA)等对液晶单体、均聚物和共聚物的液晶性能进行了测试和分析,同时采用POM、DSC、广角X-射线衍射仪。(WAXD)等研究P2、LCP-OH(1)、LCP-OH(2)作为成核剂对等规聚丙烯结晶行为的影响。单体M1-M5均为热致液晶,呈现典型的向列相球粒织构和纹影织构,随着液晶核中刚性的增加,对应单体的Tm与Ti均增加,通常Ti增加幅度更大。各均聚物和共聚物均呈现明显向列相的液晶织构,其Tg均在80℃以下,且Ti均高于180℃,符合我们设计聚丙烯液晶类成核剂的基本要求。此外,TGA表明所有聚合物的的热分解温度均在330℃以上,具有良好的热稳定性。研究发现,分别以P2、LCP-OH(1)、LCP-OH(2)作为等规聚丙烯成核剂,三种成核剂在PP共混样品中均能起到异相成核的作用,使得PP的成核点数目增多,球晶尺寸变小,分布均匀,且诱导了β晶的生成。在结晶时间均为1h条件下,当P2含量为1.0%时,成核效果最佳,结晶温度(Tc)为130℃时,β晶含量(Kβ)最大,为31%;LCP-OH(1)含量为0.8%,Tc为130℃时,Kβ最大,为36%;LCP-OH(2)含量为1.0%,Tc为130℃时,Kβ最大,为41%。此外,β晶与α晶在结晶形态上具有很大的区别:α晶型呈现黑白图像,片晶是从球晶中心沿径向方向向外放射性生长,球晶之间具有清晰的边界或轮廓;而β晶型呈现明亮的彩色图像,其片晶是由球晶中心成平行集结成束,然后向外支化生长或螺旋状向外生长,球晶之间的边界模糊,在相邻球晶边界处,片晶互相交错。通过对PP共混样品的动力学研究发现:与纯PP相比,加入液晶成核剂后的PP样品结晶峰均向高温方向移动,且峰型变得尖锐,明显提高了PP的结晶速度和结晶温度;对于在不同温度下结晶处理的成核PP,由于PP共混样品中a晶与β晶共存,与α晶相比,β晶生长方式特殊,为支化或螺旋生长,导致分子链排列时间较长,进而使结晶速度有所下降,另外,β晶排列比较松散,导致熔点与结晶温度相对较低,因此,这两种晶型之间存在竞争关系,使得改性PP的总结晶温度变化不大且没有明显的变化趋势。在非等温结晶动力学的研究中运用了Jeziorny法和Ozawa法,研究表明Jeziomy法适用于PP和液晶类成核PP共混样品的非等温结晶过程,而Ozawa法则不适合研究液晶成核剂改性PP的非等温结晶过程。此外,Jeziorny法中t1/2等数据进一步证明了在非等温结晶过程中,添加液晶类成核剂能有效地提高PP的结晶速度。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章 绪论  12-33
  1.1 聚丙烯简介  12-13
    1.1.1 聚丙烯发展现状  12
    1.1.2 聚丙烯的结晶形态  12-13
  1.2 聚丙烯成核剂简介  13-20
    1.2.1 成核机理  13-14
    1.2.2 成核剂分类  14-18
    1.2.3 成核剂对聚丙烯性能的影响  18-20
  1.3 液晶及液晶高分子概述  20-30
    1.3.1 液晶简介  20
    1.3.2 液晶高分子简介  20-21
    1.3.3 液晶高分子的理论基础  21-22
    1.3.4 液晶高分子的分类  22-24
    1.3.5 液晶高分子的分子结构与性能  24-25
    1.3.6 液晶高分子的最新研究进展  25-30
  1.4 液晶高分子在复合材料中的应用  30-31
  1.5 本论文的意义及特色  31-33
第2章 液晶单体及聚合物的合成与性能研究  33-59
  2.1 主要试剂及理化性质  33-35
  2.2 测试方法及仪器  35
  2.3 合成路线  35-37
    2.3.1 液晶单体的合成  35-36
    2.3.2 液晶均聚物P_n系列的合成  36
    2.3.3 液晶共聚物的合成  36-37
  2.4 实验步骤  37
    2.4.1 液晶单体的制备  37
    2.4.2 液晶均聚物P_n系列的制备  37
    2.4.3 液晶共聚物的制备  37
  2.5 结果与讨论  37-58
    2.5.1 红外分析  37-44
    2.5.2 液晶织构分析  44-49
    2.5.3 热性能分析  49-58
  2.6 本章小结  58-59
第3章 液晶均聚物成核剂诱导PP结晶行为的研究  59-71
  3.1 原料与化学药品  59
  3.2 测试仪器  59
  3.3 试样的制备  59
  3.4 结晶行为表征  59-60
  3.5 结果与讨论  60-70
    3.5.1 PP共混样品的结晶结构分析  60-63
    3.5.2 PP共混样品的结晶形态分析  63-65
    3.5.3 PP共混样品的结晶热力学分析  65-68
    3.5.4 PP共混样品的结晶动力学分析  68-70
  3.7 本章小结  70-71
第4章 液晶共聚物成核剂诱导PP结晶行为的研究  71-98
  4.1 原料与化学药品  71
  4.2 测试仪器  71
  4.3 试样的制备  71
  4.4 结晶行为表征  71
  4.5 结果与讨论  71-97
    4.5.1 LCP-OH(1)作为成核剂诱导PP结晶行为的研究  71-87
    4.5.2 LCP-OH(2)作为成核剂诱导PP结晶行为的研究  87-97
  4.6 本章小结  97-98
第5章 结论  98-99
参考文献  99-107
致谢  107-108
攻读硕士学位期间所发表的论文  108

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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 > 聚烯烃类及塑料 > 聚丙烯
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