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改性CPE共混增韧及非弹性体共混反应增韧PVC的研究

作　者: 杜壮
导　师: 赵季若
学　校: 青岛科技大学
专　业: 材料学
关键词: 聚氯乙烯共混增韧氯化聚乙烯氯化原位接枝反应改性
分类号: TQ325.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

以两条途径对基体树脂PVC进行增韧改性。其一以弹性体(CPE氯化原位接枝丙烯酸羟乙酯,以及氯分布不同的嵌段CPE)增韧PVC;其二以非弹性体增韧改性PVC,即采用PVC氯化原位接枝顺丁烯二酸酐对改性的PVC树脂进行共混反应增韧。本论文从特殊弹性体和非弹性体增韧两个角度出发研究PVC的增韧过程。以高密度聚乙烯(HDPE)为骨架聚合物,以丙烯酸酯类单体,如丙烯酸-2-羟基乙酯(HEA)为接枝单体,通过氯化原位接枝反应合成了氯化聚乙烯接枝丙烯酸-2-羟基乙酯(CPE-cg-HEA)弹性体。这类接枝共聚物可以作为一种良好的增韧剂对PVC进行共混增韧。在弹性体用量为5份时,PVC/CPE-cg-HEA体系拉伸强度为51.3MPa,缺口冲击强度为13KJ/m2。此时PVC/CPE-cg-HEA体系保持了PVC 96.8%的拉伸强度,拉伸强度比PVC/商品CPE体系的高出17.9%;缺口冲击强度比纯PVC提高了62.5%,比PVC/商品CPE体系高出30%。DSC研究结果表明PVC/CPE-cg-HEA体系相容性比PVC/商品CPE体系好。SEM研究表明,HEA接枝到CPE上以后能促进PVC粒子和增韧剂粒子之间的融合。丙烯酸-2-羟基乙酯(HEA)在CPE主链上接枝,使得PVC/CPE-cg-HEA体系的增韧机理与PVC/CPE体系有所不同。以高密度聚乙烯(HDPE)为骨架聚合物,采用固相法对高密度聚乙烯进行氯化,在氯化反应过程中通过调节反应温度和反应时间,控制氯化聚乙烯的氯含量和氯分布,得到了分子链上具有特殊氯分布结构的特种CPE。具有一定氯含量和特殊氯分布的CPE与PVC共混形成了综合性能良好的PVC增韧新材料。在特种CPE用量为5份的条件下,PVC/特种CPE体系的拉伸强度可达到54.9MPa、缺口冲击强度可达到13MPa/m2。拉伸强度比PVC提高了4%,冲击强度比PVC提高了62.5%,增韧效果比传统的PVC/商品CPE共混物也有明显改善。DSC和1H NMR的研究结果表明合成的特种CPE的分子链上具有高氯、中氯、低氯和无氯四种序列结构,这种特殊氯分布的分子链结构使得特种CPE在对PVC进行增韧的同时又保证了材料的强度。PVC/特种CPE共混物的断面SEM图像表明PVC相与特种CPE相界面的充分融合是PVC/特种CPE新材料力学性能优异的原因之一。以PVC为骨架聚合物,通过氯化原位接枝反应合成了聚氯乙烯氯化原位接枝丙烯酸-2-羟基乙酯(PVC-cg-HEA),及聚氯乙烯氯化原位接枝顺丁烯二酸酐(PVC-cg-MAH)。PVC-cg-HEA和PVC-cg-MAH,这两种氯化接枝产物中都含有反应性基团,在一定的温度下可以使两种产物反应型共混得到PVC改性的新材料。非弹性体增韧结果保持了材料的强度,并同时起到增韧作用。另外,两种氯化原位接枝共聚物反应得到的聚合物分子量有明显的增加,分子量的增加能够增加分子链的柔性,从而使材料进一步获得增强增韧效果。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-14
前言  14-16
第一章文献综述  16-31
  引言  16
  1.1 PVC 的基本性能  16-18
    1.1.1 PVC 典型的物理性能  17
    1.1.2 PVC 的热性能  17
    1.1.3 化学稳定性  17
    1.1.4 耐溶剂性  17-18
    1.1.5 老化性能  18
    1.1.6 电性能  18
    1.1.7 加工性能  18
    1.1.8 燃烧性能  18
  1.2 PVC 的缺点  18-20
    1.2.1 硬质PVC 的韧性差  19
    1.2.2 硬质PVC 的加工性能差  19
    1.2.3 硬质PVC 的耐热性差  19-20
    1.2.4 软质PVC 的力学强度低  20
    1.2.5 软质PVC 的增塑剂易迁移  20
  1.3 PVC 的改性  20-29
    1.3.1 PVC 的增韧改性  21-24
      1.3.1.1 弹性体增韧改性  21-23
      1.3.1.2 刚性粒子增韧改性  23-24
    1.3.2 PVC 的耐热改性  24-26
      1.3.2.1 共聚耐热改性  25
      1.3.2.2 交联耐热改性  25-26
      1.3.2.3 氯化耐热改性  26
      1.3.2.4 共混耐热改性  26
    1.3.3 PVC 的加工改性  26-27
    1.3.4 PVC 的阻燃改性  27-28
    1.3.5 PVC 的增强改性  28-29
      1.3.5.1 PVC 的氯化增强改性  28
      1.3.5.2 PVC 的交联增强改性  28
      1.3.5.3 PVC的纤维增强改性  28-29
  1.4 固相氯化法合成CPE  29
  1.5 氯化原位接枝法合成接枝共聚物的反应历程  29-30
  1.6 本论文的目的和内容  30-31
第二章 CPE 氯化原位接枝共聚物对 PVC 的共混增韧改性  31-56
  2.1 实验部分  31-35
    2.1.1 主要原料  31
    2.1.2 主要设备及仪器  31-32
    2.1.3 CPE-cg-HEA 的合成  32
    2.1.4 PVC/CPE 接枝共聚物共混物的制备和力学性能测试  32-34
      2.1.4.1 PVC/CPE 接枝共聚物共混物的混炼  33
      2.1.4.2 压片  33
      2.1.4.3 裁样  33
      2.1.4.4 力学测试  33-34
    2.1.5 DMA 测试  34
    2.1.6 差示扫描量热法(DSC)  34
    2.1.7 扫描电子显微镜(SEM)  34
    2.1.8 体积变化试验  34-35
  2.2 结果与讨论  35-54
    2.2.1 PVC/系列CPE 接枝共聚物共混物的力学性能  35-37
    2.2.2 PVC/CPE-cg-HEA 共混物的基本性能  37-40
      2.2.2.1 PVC/CPE-cg-HEA 应力-应变曲线  37
      2.2.2.2 PVC/CPE-cg-HEA 体系的动态力学性能  37-39
      2.2.2.3 PVC/CPE-cg-HEA 体系的玻璃化转变温度  39-40
      2.2.2.4 PVC/CPE-cg-HEA 体系的热稳定性  40
    2.2.3 CPE-cg-HEA 增韧PVC 过程的探讨  40-48
      2.2.3.1 共混体系的相容性  41-46
        2.2.3.1.1 PVC/CPE-cg-HEA 和PVC/CPE 体系的形态结构  41-45
        2.2.3.1.2 PVC/CPE-cg-HEA 体系的DSC 分析  45-46
      2.2.3.2 共混体系增韧机理  46-48
        2.2.3.2.1 PVC/CPE-cg-HEA 和PVC/CPE 共混体系的形态结构比较  46-47
        2.2.3.2.2 Bucknall 体积变化模拟实验  47-48
    2.2.4 共混工艺的探讨  48-51
      2.2.4.1 共混工艺过程  48-50
      2.2.4.2 共混温度  50-51
      2.2.4.3 共混时间  51
    2.2.5 PVC/CPE-cg-HEA 共混物工业化初试  51-54
  2.3 本章结论  54-56
第三章特种 CPE 合成及对 PVC 的共混增韧改性  56-85
  3.1 实验部分  56-59
    3.1.1 主要原料  56
    3.1.2 主要设备及仪器  56-57
    3.1.3 特种CPE 的合成  57
    3.1.4 共混物的制备  57
    3.1.5 力学性能测试  57-58
    3.1.6 差示扫描量热法(DSC)  58
    3.1.7 核磁共振氢谱(1H NMR)  58
    3.1.8 DMA 测试  58
    3.1.9 扫描电子显微镜(SEM)  58-59
  3.2 结果与讨论  59-83
    3.2.1 PVC/特种CPE 共混物的力学性能  59-61
    3.2.2 特种CPE 的分子链结构  61-82
      3.2.2.1 特种CPE 的合成  61-63
      3.2.2.2 特种CPE 的序列结构  63-76
      3.2.2.3 特种CPE 的玻璃化转变温度和结晶程度  76-81
      3.2.2.4 特种CPE-9 的DMA 曲线  81-82
    3.2.3 PVC/特种CPE-9 共混物的微观相态结构  82-83
    3.2.4 PVC/特种CPE-9 体系的热稳定性  83
  3.3 本章结论  83-85
第四章 PVC-cg-HEA/PVC-cg-MAH 非弹性体反应性共混  85-92
  4.1 实验部分  85-87
    4.1.1 实验原料  85
    4.1.2 PVC-cg-HEA 和PVC-cg-MAH 的合成  85-86
    4.1.3 PVC-cg-MAH 的分离  86-87
    4.1.4 化学滴定法测定接枝率  87
    4.1.5 共混物的制备  87
    4.1.6 凝胶含量测定  87
  4.2 结果与讨论  87-91
    4.2.1 PVC-cg-HEA/PVC-cg-MAH 共混物的力学性能  87-89
    4.2.2 PVC-cg-MAH 对PVC-cg-HEA 的增韧  89-91
      4.2.2.1 PVC-cg-MAH 刚性粒子增韧  89-90
      4.2.2.2 共混过程反应  90-91
  4.3 本章结论  91-92
本文结论  92-95
参考文献  95-101
致谢  101-102
攻读学位期间发表的学术论文目录  102-103

改性CPE共混增韧及非弹性体共混反应增韧PVC的研究

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