聚芳酯—聚硅氧烷嵌段共聚物的合成及其低温增韧聚碳酸酯

发布时间：2017-11-03 09:07

  本文关键词：聚芳酯—聚硅氧烷嵌段共聚物的合成及其低温增韧聚碳酸酯

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【摘要】：聚碳酸酯(PC)是五大工程塑料之一,它具有高力学强度、高耐热性、良好电绝缘性和尺寸稳定性等众多优异性能,因而可广泛应用于机械、航空、交通、光学、电子电器、农业、纺织、医疗等多个领域。然而,PC在实际应用中日益暴露出自身的不足,表现为PC在低温下的缺口冲击强度差,严重限制了其在严寒地区或低温环境下的应用,PC的阻燃级别(UL-94 V-2)无法满足高阻燃性能产品在某些领域的使用要求,以及PC高熔体粘度无法满足大型薄壁制件的制造要求等。克服PC的上述不足,是解决PC实际应用问题的根本途径,也是本工作的主旨所在。聚硅氧烷(PDMS)具有低温柔顺性、低表面能以及阻燃等性能特点,鉴于其与PC性能的互补,希望借助其与聚芳酯的嵌段共聚物(PARSi),改善其与PC基体相容性的同时,发挥其性能特点,综合提高PC的低温韧性、熔融流动性及阻燃性等。本文首先以双酚A和间苯二甲酰氯为原料,以苄基三乙基氯化铵为相转移催化剂,采用界面缩聚法合成酰氯封端的聚芳酯低聚物,再分别与数均分子量为2500、5000、27000的双氨基封端聚二甲基硅氧烷继续反应,制备了三种聚芳酯-聚硅氧烷嵌段共聚物(PARSi2.5、PARSi5、PARSi27)。利用核磁共振谱、傅里叶红外光谱、X-射线光电子能谱等多种谱图,表征了嵌段共聚物的化学结构,并通过热重分析研究了嵌段共聚物的热稳定性。将合成所得的嵌段共聚物与PC熔融共混制备聚碳酸酯/聚芳酯-聚硅氧烷(PC/PARSi)共混物,着重探讨了共混物中PARSi的添加量及聚硅氧烷嵌段分子量大小等因素对PC低温韧性、熔融流动性和阻燃性的影响及其机理,同时对共混物的拉伸性能、弯曲性能、热稳定性以及水接触角等进行了测试。研究结果表明,PARSi可显著改善PC的低温韧性,其中PARSi27添加量为5 wt%的PC共混物在-50℃时具有较高的冲击强度(52.2 kJ/m~2),比PC提高了3.7倍。增加聚硅氧烷嵌段分子量或适当提高PARSi的含量均可有效改善PC的低温韧性。由共混物冲击断面的微观形貌可推断,PARSi与PC界面脱粘形成空穴以及空穴引发基体产生强迫高弹形变,是PC低温增韧的主要机理。在改善PC熔融流动性方面,PARSi中具有柔顺性和低表面能的PDMS起到润滑剂的作用,减弱了PC熔体与器壁以及PC熔体之间的流动摩擦,PC熔体粘度和流动速率分别得到有效降低和提高,如PARSi27添加量为5 wt%时,PC/PARSi27的剪切粘度为138 Pa·s(对应剪切速率为3686 s-1),熔体流动速率为29.1 g/10min,较纯PC分别降低了37%和增加58%。另外,PC共混物熔融流动性亦随PARSi添加量以及PDMS嵌段分子量的增加而逐渐提高。与改善PC低温韧性和流动性的规律不同,PC共混物仅在较低PARSi27添加量时才可获得良好的阻燃性能,如PARSi添加量为2 wt%的共混物可达UL-94 V-0@1.6 mm阻燃级别,热释放速率峰值(196 kW/m~2)降至纯PC的57%。燃烧过程中,在炭层内表面形成了封闭的气泡结构,在炭层外表面,聚硅氧烷链迁移到表面,形成-Si-O-,-Si-C-结构。凝聚相阻燃机理是PARSi阻燃PC的主要机理。PARSi中低表面能的PDMS一定程度上也提高了PC共混物的疏水性。此外,虽然PARSi对PC共混物的拉伸性能、弯曲性能及热稳定性有一定的弱化作用,但弱化程度在PC/PARSi27系列共混物中并不大,以低温韧性最好的PC/PARSi27-5为例,其拉伸强度和弯曲强度相比纯PC分别降低了9%和13%,其5%热失重温度由纯PC的496℃降至445℃。总而言之,本工作制备的PC/PARSi具有良好的综合性能,可满足低温、阻燃使用要求,且有望在大型薄壁制品中得到推广应用。
【关键词】：聚芳酯-聚硅氧烷嵌段共聚物 聚碳酸酯 低温增韧 流动性 阻燃
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O631;TQ323.41
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-29
• 1.1 聚碳酸酯13-15
• 1.1.1 聚碳酸酯概述13-14
• 1.1.2 聚碳酸酯共混改性研究14-15
• 1.2 聚碳酸酯低温增韧改性研究15-18
• 1.2.1 苯乙烯型热塑性弹性体增韧聚碳酸酯15-16
• 1.2.2 核壳结构聚合物增韧聚碳酸酯16-17
• 1.2.3 聚烯烃增韧聚碳酸酯17-18
• 1.2.4 有机硅聚合物增韧聚碳酸酯18
• 1.3 聚硅氧烷嵌段共聚物的合成与应用研究18-26
• 1.3.1 聚硅氧烷嵌段共聚物的合成18-23
• 1.3.2 聚硅氧烷嵌段共聚物的应用23-26
• 1.4 本论文的研究意义、研究内容、特色与创新之处26-29
• 1.4.1 本论文的研究意义26-27
• 1.4.2 本论文的研究思路及研究内容27
• 1.4.3 本论文的特色与创新之处27-29
• 第二章 聚芳酯-聚硅氧烷嵌段共聚物的合成与表征29-45
• 2.1 引言29
• 2.2 实验部分29-33
• 2.2.1 实验原料29-30
• 2.2.2 实验仪器与设备30
• 2.2.3 实验合成30-32
• 2.2.4 表征与测试32-33
• 2.3 结果与讨论33-44
• 2.3.1 PARSi的结构表征33-40
• 2.3.2 PARSi的X射线光电子能谱40-41
• 2.3.3 PARSi的热性能41-44
• 2.4 本章小结44-45
• 第三章 聚芳酯-聚硅氧烷嵌段共聚物对聚碳酸酯的低温增韧及流动性改性45-66
• 3.1 引言45-46
• 3.2 实验部分46-50
• 3.2.1 实验原料46
• 3.2.2 实验仪器与设备46-47
• 3.2.3 试样的制备47-48
• 3.2.4 表征与测试48-50
• 3.3 结果与讨论50-65
• 3.3.1 PARSi27不同添加量对PC力学性能的影响50-52
• 3.3.2 增韧机理52-54
• 3.3.3 PARSi27不同添加量对PC熔体流动性能的影响54-55
• 3.3.4 PARSi27不同添加量对PC热性能的影响55-59
• 3.3.5 PARSi27不同添加量对PC表面水接触角的影响59-60
• 3.3.6 PARSi中聚硅氧烷嵌段分子量大小对PC力学性能的影响60-61
• 3.3.7 PARSi中聚硅氧烷嵌段分子量大小对PC熔体流动性能的影响61-62
• 3.3.8 PARSi中聚硅氧烷嵌段分子量大小对PC其他性能的影响62-65
• 3.4 本章小结65-66
• 第四章 聚芳酯-聚硅氧烷嵌段共聚物阻燃聚碳酸酯66-80
• 4.1 引言66
• 4.2 实验部分66-69
• 4.2.1 实验原料66-67
• 4.2.2 实验仪器与设备67
• 4.2.3 试样的制备67-68
• 4.2.4 表征与测试68-69
• 4.3 结果与讨论69-78
• 4.3.1 PARSi27不同添加量对PC阻燃性能的影响69-71
• 4.3.2 阻燃机理71-74
• 4.3.3 PC/F/PARSi27的热性能74-77
• 4.3.4 PC/F/PARSi27的熔体流动性能77-78
• 4.4 本章小结78-80
• 结论80-82
• 参考文献82-88
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果88-89
• 致谢89-90
• 答辩委员会对论文的评定意见90

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