【摘 要】
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聚碳酸酯/聚丙烯(PC/PP)共混体系因PC和PP间的溶解度参数相差较大、极性具有明显差异,导致其发生明显的相分离现象,是一种典型的热力学不相容体系。因此,设计合成新型的增容剂,降低PC和PP两相间的界面张力,提高PC和PP间的相容性,是制备价廉且性能优良的PC/PP共混物的技术关键,不仅具有科学研究价值,而且具有重大的工业应用价值。目前用于PC/PP共混体系的增容剂主要有接枝型共聚物和嵌段型共聚
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聚碳酸酯/聚丙烯(PC/PP)共混体系因PC和PP间的溶解度参数相差较大、极性具有明显差异,导致其发生明显的相分离现象,是一种典型的热力学不相容体系。因此,设计合成新型的增容剂,降低PC和PP两相间的界面张力,提高PC和PP间的相容性,是制备价廉且性能优良的PC/PP共混物的技术关键,不仅具有科学研究价值,而且具有重大的工业应用价值。目前用于PC/PP共混体系的增容剂主要有接枝型共聚物和嵌段型共聚物,如马来酸酐聚丙烯接枝共聚物、丙烯酸酯类聚丙烯接枝共聚物、SEBS嵌段共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯嵌段共聚物(EMA)等。这些增容剂的分子主链是非极性结构,将其用于PC为连续相的PC/PP共混体系时会导致界面的曲率偏向于连续相PC,不利于分散相PP粒径的细化,其增容效果有限。热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是一类可以按照热塑性塑料加工的嵌段共聚物,其分子主链为极性结构,通过在合成加工过程中改变起始组分的类型和比例可以制备预设分子结构和性能的TPU,作为增容剂应用于PC为连续相的PC/PP共混体系中。本文通过分子结构设计探索合成了一种主链结构与连续相PC极性相近,支链结构与分散相PP相似相容的含十八烷酸基支链的芳香族聚碳酸酯型热塑性聚氨酯弹性体作为C-D型增容剂,并应用于PC/PP共混体系。具体研究内容与结果如下:(1)首先采用酯交换缩聚法,以羟乙基化双酚A(BHE-BPA)和碳酸二苯酯(DPC)为原料制备了一种新型的芳香族聚碳酸酯二元醇(PCDL)。随后以所合成的PCDL、聚己内酯二元醇(PCL)、1-十八烷酸甘油酯二元醇(GMS)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为原料,合成了一系列具有不同PCDL/GMS含量的含十八烷酸基支链芳香族聚碳酸酯型热塑性聚氨酯弹性体(TPU-Gx)。通过傅里叶变换红外光谱和核磁共振氢谱证实,所合成产物的结构与预期设计的结构相符。采用凝胶渗透色谱、热重分析、差示扫描量热分析(DSC)、拉伸性能测试、扫描电镜(SEM)等测试手段对TPU-Gx的分子量和热性能、力学性能、微相分离等性能进行表征。其中,热重分析表明TPU-Gx具有良好的热稳定性,作为增容剂可以满足PC/PP共混物的加工条件。(2)研究了增容剂TPU-Gx的种类与用量对PC/PP共混体系结构与性能的影响。力学性能测试结果表明,TPU-Gx的加入可使PC/PP共混物的拉伸强度和弯曲强度提高,当TPU-Gx的用量均为5 wt%时,随着TPU-Gx中PCDL和GMS含量的增加,PC/PP/TPU-Gx共混物的冲击强度显示出先增加后下降的趋势,其中,加入TPU-G1.5所制备的PC/PP共混物的冲击强度为31.8 k J/m~2,比纯PC/PP共混物的冲击强度提高了54.1%。改变TPU-G1.5的用量发现,PC/PP共混物的冲击强度随着TPU-G1.5用量的增加表现出先上升后下降的趋势,加入4 wt%的TPU-G1.5制备的PC/PP共混物的冲击强度最高,达38.7k J/m~2,比纯PC/PP共混物的冲击强度提高了87.9%。SEM结果表明,TPU-Gx的加入可以使PC/PP共混物具有更加均匀的两相结构,分散相PP的粒径尺寸变小。动态力学性能测试(DMA)结果表明,TPU-Gx的加入使得PC和PP的Tg峰之间出现相互靠近的趋势。DSC结果表明,增容剂TPU-Gx的加入使得分散相PP的结晶度降低,结晶形态发生变化,从均相成核变为异相成核。熔体流动速率(MFR)测试表明,PC/PP共混物的MFR随TPU-Gx的加入而增大,加工流动性变好。综上所述,TPU-Gx对PC/PP共混物具有显著的增容效果,加入4 wt%的TPU-G1.5所制备的PC/PP共混物性能最佳。(3)研究了TPU-Gx与EMA复配增容对PC/PP共混体系结构与性能的影响。力学性能测试结果表明,在TPU-G1.5与EMA的总添加量为4 wt%的条件下,随着EMA用量的增加,所制备的PC/PP共混物的拉伸强度和弯曲强度逐渐降低,冲击强度逐渐增大。SEM结果表明,TPU-G1.5与EMA对PC和PP两相界面改善的方式完全不同。其中添加2 wt%的TPU-G1.5和2 wt%的EMA制备的PC/PP共混物中分散相PP的粒径细化程度和两相界面的模糊程度均介于两者之间,其冲击强度高于TPU-G1.5单独增容的PC/PP共混体系,拉伸性能和弯曲性能均不低于纯PC/PP共混物,并且MFR值也高于纯PC/PP共混物,在保证优良的综合力学性能的同时提高了PC/PP共混物的加工流动性,具有最优的综合性能。
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