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在全同聚丙烯中引入乙烯、1-丁烯等共聚单元可以提高其韧性,增加透光性,有效降低熔融温度,改善其加工性能和热封性能,从而扩展其应用的范围。丙烯共聚物的这些性能是和其晶体及其凝聚态结构密不可分的,因此,清楚地知道共聚物的分子链结构以及影响晶体和形态结构的各种因素是非常重要的。本论文系统研究了Ziegler-Natta催化剂合成的丙烯-乙烯无规共聚物和丙烯-1-丁烯无规共聚物的微观结构和凝聚态结构。丙烯-乙烯无规共聚物和丙烯-1-丁烯无规共聚物树脂通过升温淋洗技术分级,获得了一系列微观结构相对规整的级分,并且共聚物分子链的规整性随着淋洗温度而增加。GPC和13C-NMR分别用于表征共聚物级分的微观结构,结果表明共聚物的分子链是由长的丙烯序列和少量孤立的共聚单元(乙烯和1-丁烯)组成,共聚单元在分子链上的分布不均匀。DSC、WAXD、PLM和AFM分别研究了共聚物的晶体结构和结晶形态。
对于丙烯-乙烯无规共聚物,实验结果表明结晶温度以及乙烯共聚单元的含量对共聚物的结晶行为和晶体结构存在重要的影响。高的结晶温度有利于γ-iPP晶体的形成,共聚物中乙烯含量的增加也有利于γ-iPP晶体的形成。尽管丙烯共聚物结晶时形成的γ-iPP晶体通常和α-iPP晶体附生在一起,但是在共聚物分子链上的缺陷浓度足够大、结晶温度足够高时依旧可以生成纯的γ-iPP晶体;纯γ-iPP晶体的形态和α-iPP晶体的形态以及两者混合晶体的形态存在显著的区别。而对于丙烯共聚物形成的α-iPP和γ-iPP混合晶体,由于结构的同源性而无法在形态上将两种晶体区分开。
对于丙烯-1-丁烯无规共聚物,实验结果表明共聚物能够在一个较宽的温度范围内形成α-iPP和γ-iPP的混合晶体,并且γ-iPP晶体存在一个最佳结晶温度,对于本研究体系而言该温度出现在130℃左右。原位WAXD的实验结果表明α-iPP和γ-iPP晶体几乎是同时生成的,而且在结晶过程中γ-iPP在整个晶体中的含量始终保持在25%左右。同丙烯-乙烯共聚物一样,对于丙烯-1-丁烯无规共聚物形成的α-iPP和γ-iPP的混合晶体也无法在形态上将它们区分开。