反应封端及氢键作用对改性聚甲基乙撑碳酸酯结构与性能的影响研究

发布时间：2017-06-24 20:08

  本文关键词：反应封端及氢键作用对改性聚甲基乙撑碳酸酯结构与性能的影响研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)是由二氧化碳和环氧丙烷通过共聚反应合成的一种脂肪族聚碳酸酯,PPC的合成能够高效固定二氧化碳,同时PPC又能完全生物降解,是一种极具发展前景的“绿色塑料”。然而,PPC分子链较柔顺,分子间作用力较低,呈现无定形的聚集态结构,热学和力学性能较差,限制了PPC的广泛应用。本论文从PPC分子结构特点入手,基于其分子链上存在末端活性羟基以及PPC易于质子给予体和受体形成氢键作用的原理,采用反应封端处理末端羟基和引入氢键作用对PPC进行改性,研究封端剂类别和含量、氢键作用等对PPC复合材料热性能、力学性能和流变行为的影响,研究其对改性PPC结构与性能的作用机理,为高性能PPC复合材料的制备和应用提供理论指导。基于PPC“解拉链式”的热降解机理,采用三种封端剂,包括酸酐(分别为马来酸酐(MA)、邻苯二甲酸酐(PA)和均苯四甲酸二酐(PMDA))、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和环氧类扩链剂(Joncryl ADR-4370),分别与PPC反应挤出,制备反应封端PPC,研究封端剂类别和添加量对PPC分子链结构的作用机理。采用红外谱图分析、化学滴定法、特性黏度法来表征PPC分子链结构,测试PPC的力学性能、耐热性能和流变性能,探讨改性PPC结构与性能之间的关系。结果表明:不同类型的酸酐存在两种不同的作用机理,反应活性较强的MA与PPC发生酯化反应,反应活性较弱的PA和PMDA,利用酸酐的羰基与PPC末端的羟基形成氢键作用;MDI小分子上的异氰酸酯基能直接与PPC末端的羟基发生封端反应;Joncryl分子链上的环氧基团与PPC末端的羟基发生封端反应,由于Joncryl分子结构上含有甲基丙烯酸基团、苯环等极性基团,因此Joncryl与PPC分子链相互作用较强,能够更有效的提高PPC初始分解温度。从复合材料界面物理和化学性质出发,基于分子间氢键可以加强树脂基体与填料之间的相互作用,有利于提高复合材料的热力学性能。本论文选用两类与PPC能产生较强氢键作用的填料:尼龙66(PA66)短纤维和纤维素(微晶纤维素(MCC)、纳米微晶纤维素(NCC)),采用熔融共混的方法,制备PPC/PA66短纤维、PPC/MCC、PPC/NCC复合材料,研究氢键作用对复合材料结构与性能的作用机理。对PPC/PA66短纤维复合材料,红外光谱和核磁共振结果表明PA66短纤维的羰基与PPC分子链中的羟基之间形成了氢键,PA66短纤维的引入提高了PPC的力学性能和热学性能。当短纤维含量为20wt%时,复合材料的缺口冲击强度提高了315.8%,初始分解温度和玻璃化温度分别提高了32.2℃和3.8℃。当短纤维含量继续增加至30wt%时,由于高含量的纤维之间容易发生团聚,导致复合材料的力学性能略有下降。PPC力学和热学性能的显著提高,主要原因是氢键作用的形成和PA66短纤维受力后发生的拉丝形变所引起。对于PPC/MCC材料体系,从复合材料结构和增容机理出发,采用MDI作为增容剂,基于MCC表面羟基以及PPC端羟基的活性,分析MDI的增容机理,研究MDI增容效果以及MDI添加量与复合材料力学性能、耐热性能、流变性能之间的关系。MDI小分子上的异氰酸酯基能与MCC、PPC的羟基发生反应,增强复合材料中聚合物基体和填料的相互作用,使其不仅仅是单纯的物理共混,而是通过MDI使MCC与PPC基体产生化学结合,这种化学作用有利于提高复合材料的热力学性能。对于PPC/NCC材料体系,以水溶性PEG为载体将NCC均匀的分散在PPC基体中,制备PPC/PEG/NCC复合材料,NCC能有效地改善PPC与PEG的相容性。随着NCC含量增加,复合材料的复数黏度、弹性模量、初始热分解温度不断提高,PPC/PEG/0.7NCC复合材料的初始热分解温度比纯PPC的提高了36℃,这可能是因为PEG和NCC表面有大量羟基以及NCC能够提供足够的表面积与PPC分子形成氢键,抑制PPC的热降解。
【关键词】：聚甲基乙撑碳酸酯 反应挤出 封端改性 氢键作用 结构与性能 复合材料
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O633.14
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 符号说明13-14
• 第一章 绪论14-31
• 1.1 引言14
• 1.2 聚甲基乙撑碳酸酯的结构与性能14-17
• 1.2.1 聚甲基乙撑碳酸酯的分子结构14-15
• 1.2.2 聚甲基乙撑碳酸酯的性能15-17
• 1.3 聚甲基乙撑碳酸酯改性的研究现状17-25
• 1.3.1 化学改性17-19
• 1.3.2 物理改性19-25
• 1.4 聚甲基乙撑碳酸酯/纳米微晶纤维素复合材料25-28
• 1.4.1 纳米微晶纤维素的制备方法25-27
• 1.4.2 PPC/NCC复合材料的研究现状27-28
• 1.5 本论文研究的目的、意义和主要内容28-31
• 1.5.1 本论文的研究目的和意义28-29
• 1.5.2 本论文研究课题的来源及主要的研究内容29-31
• 第二章 实验原料、设备和方法31-38
• 2.1 实验原料与试剂31-32
• 2.2 实验仪器与设备32-33
• 2.3 样品制备33-35
• 2.3.1 反应挤出样品制备33
• 2.3.2 复合材料样品制备33-35
• 2.4 测试方法35-37
• 2.4.1 力学性能35
• 2.4.2 热学性能35
• 2.4.3 流变性能35
• 2.4.4 黏流活化能35-36
• 2.4.5 红外光谱36
• 2.4.6 拉曼光谱36
• 2.4.7 核磁共振36-37
• 2.4.8 封端效率37
• 2.4.9 特性黏度37
• 2.4.10 微观形貌分析37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 酸酐反应挤出聚甲基乙撑碳酸酯的结构与性能38-54
• 3.1 MA添加量对MA封端聚甲基乙撑碳酸酯结构的影响38-40
• 3.1.1 红外光谱38-39
• 3.1.2 封端效率39
• 3.1.3 特性黏度39-40
• 3.2 MA添加量对MA封端聚甲基乙撑碳酸酯性能的影响40-43
• 3.2.1 热分解温度41
• 3.2.2 稳态黏弹流变性能41-42
• 3.2.3 动态黏弹流变性能42-43
• 3.3 MA添加量与MA封端聚甲基乙撑碳酸酯结构、性能的关系43-44
• 3.4 酸酐类型对酸酐封端聚甲基乙撑碳酸酯结构的影响44-50
• 3.4.1 红外光谱45
• 3.4.2 拉曼光谱45-46
• 3.4.3 特性黏度46-47
• 3.4.4 黏流活化能47-50
• 3.5 酸酐类型对酸酐封端聚甲基乙撑碳酸酯性能的影响50-52
• 3.5.1 热分解温度50-51
• 3.5.2 力学性能51-52
• 3.5.3 流变性能52
• 3.6 酸酐类型与酸酐封端聚甲基乙撑碳酸酯结构、性能的关系52-53
• 3.7 本章小结53-54
• 第四章 二苯基甲烷二异氰酸酯、Joncryl环氧扩链剂反应挤出改性聚甲基乙撑碳酸酯54-62
• 4.1 MDI、Joncryl封端聚甲基乙撑碳酸酯结构表征54-56
• 4.2 MDI、Joncryl封端聚甲基乙撑碳酸酯动态流变性能56-57
• 4.2.1 复数黏度56
• 4.2.2 弹性模量56-57
• 4.3 MDI、Joncryl封端聚甲基乙撑碳酸酯耐热性能57-59
• 4.4 MDI、Joncryl封端聚甲基乙撑碳酸酯结构与性能的关系59-60
• 4.5 反应挤出机理综合分析60-61
• 4.6 本章小结61-62
• 第五章 聚甲基乙撑碳酸酯/PA66 短纤维复合材料的结构与性能62-73
• 5.1 聚甲基乙撑碳酸酯与PA66 短纤维氢键作用机理62-64
• 5.2 PA66 短纤维含量对复合材料力学性能影响64-66
• 5.3 PA66 短纤维含量对复合材料热学性能影响66-68
• 5.3.1 热分解温度66-67
• 5.3.2 玻璃化温度67-68
• 5.4 PA66 短纤维含量对复合材料流变性能影响68-71
• 5.5 复合材料断面形貌分析71-72
• 5.6 本章小结72-73
• 第六章 聚甲基乙撑碳酸酯/微晶(纳米微晶)纤维素复合材料的制备及性能研究73-87
• 6.1 MCC含量对复合材料力学性能的影响73-74
• 6.2 PPC/MCC/MDI复合材料性能表征74-78
• 6.2.1 力学性能74-75
• 6.2.2 热分解温度75-76
• 6.2.3 动态流变性能76-78
• 6.3 MDI增容复合材料机理分析78-81
• 6.3.1 红外谱图78-80
• 6.3.2 微观形貌80-81
• 6.4 MDI增容复合材料结构与性能关系81
• 6.5 纳米微晶纤维素的形貌与尺寸表征81-83
• 6.6 PPC/PEG/NCC复合材料的性能表征83-85
• 6.6.1 热性能83-84
• 6.6.2 动态流变性能84-85
• 6.7 PPC/PEG/NCC复合材料断面形貌分析85
• 6.8 本章小结85-87
• 结论87-89
• 参考文献89-97
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果97-99
• 致谢99-100
• 附件100

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 章永化,熊红兵,陈守明,蒋智杰,曾幸荣,赵建青,龚克成;原子转移自由基聚合合成三烷氧基硅单封端的聚甲基丙烯酸甲酯(英文)[J];合成橡胶工业;2003年03期

2 费红;俞清;;高封端率聚醚的合成研究[J];化工时刊;2012年03期

3 黄银霞;不饱和聚醚封端方法的探讨[J];聚氨酯工业;2000年01期

4 朱园勤,廖青,李立平;封端异氰酸酯化学[J];化学与粘合;2004年03期

5 董晓红;王庆丽;;封端聚醚的应用研究进展[J];精细与专用化学品;2012年03期

6 张春华,亢茂青,王心葵;影响异氰酸酯双封端反应动力学的因素[J];高分子材料科学与工程;1999年03期

7 刘坤;王欣彦;宋宝林;崔玲玲;葛祥才;;马来酸酐封端聚丙撑碳酸酯及其性能研究[J];化工新型材料;2012年10期

8 尹艳红,黎松;醚化封端聚醚的技术进展[J];精细化工;2002年S1期

9 赵冬友;;不饱和聚醚醋酸酐酯化封端合成工艺的探讨[J];浙江化工;2007年06期

10 辛寅昌;张盛军;邱增中;;醚化封端聚醚的研究进展及应用[J];精细与专用化学品;2007年14期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 张凌;;胆固醇封端的功能化ε-己内酯的高聚物/寡聚物[A];中国工程物理研究院科技年报（2005）[C];2005年

2 徐阳;王华;周禾丰;许并社;;封端基团对聚烷基芴的光物理性能的影响[A];全国第八届有机固体电子过程暨华人有机光电功能材料学术讨论会摘要集[C];2010年

3 颜和祥;孙康;张勇;;封端型巯基硅烷改性白炭黑增强橡胶的研究[A];第二届全国橡胶制品技术研讨会论文集[C];2003年

4 于有海;陈梁;毛华平;王策;吴忠文;张万金;;苯基封端聚苯胺齐聚体的合成和防腐蚀的初步研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年

5 李秀杰;牟建新;周福贵;李思均;姜振华;;α，β萘封端超支化聚芳醚酮的制备与热性能的研究[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（上册）[C];2007年

6 刘凌志;王力风;任殿福;王贵宾;姜振华;;吡啶封端聚醚醚酮胶束的合成及其结构的固定[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（上册）[C];2007年

7 金凤龙;刘鑫;李全力;姜艳;;双烯丙基封端聚醚制备高保坍、低粘度减水剂[A];中国建筑材料联合会混凝土外加剂分会第十四次会员代表大会--“科隆杯”混凝土外加剂论文集（上册）[C];2014年

8 黎松;汤四清;尹艳洪;宋晓文;;一步法合成烯丙基聚氧化乙烯-氧化丙烯甲醚[A];中国聚氨酯工业协会第十一次年会论文集[C];2002年

9 高宏飞;申宝兵;夏磊;陈丹;;软泡匀泡剂用高相对分子质量封端聚醚的开发及应用[A];中国聚氨酯工业协会第十六次年会论文集[C];2012年

10 郝莹;陶云锋;张明祖;何金林;倪沛红;;荧光分子封端的酸敏感型两亲性嵌段共聚物的合成与表征[A];2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题A：高分子合成[C];2013年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 记者 翁国娟;封端聚醚技术获浙江省一等奖[N];中国化工报;2012年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 杜影;乙炔封端聚酰亚胺树脂及其碳纤维增强复合材料的研究[D];吉林大学;2009年

2 刘长威;苯乙炔封端三分支酰亚胺基体树脂及其碳纤维复合材料的研究[D];吉林大学;2013年

3 饶先花;高性能苯乙炔封端的聚酰亚胺树脂基体及其碳纤维复合材料的研究[D];吉林大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 冯健;反应封端及氢键作用对改性聚甲基乙撑碳酸酯结构与性能的影响研究[D];华南理工大学;2015年

2 高峰;二硒代酯封端的聚合物的合成与末端改性[D];苏州大学;2015年

3 张盛军;典型聚醚的封端研究[D];山东师范大学;2008年

4 张志菲;末端封端法制备几种官能化溶聚丁苯橡胶的研究[D];北京化工大学;2014年

5 白春燕;增强聚对二氧环己酮热稳定性与水解稳定性研究[D];四川大学;2007年

6 俞佳;封端型水性聚氨酯固化剂的合成及应用[D];西安工程大学;2012年

7 张鹏;封端型水性聚氨酯的合成及其应用研究[D];西安工程大学;2012年

8 郑敏捷;封端型水性聚氨酯的合成及其改性研究[D];西安工程大学;2012年

9 杨芳;硅烷封端聚氨酯的制备及其在涂料上的应用研究[D];华南理工大学;2014年

10 佟园园;星形溶聚丁苯橡胶的端基改性研究[D];北京化工大学;2010年

  本文关键词：反应封端及氢键作用对改性聚甲基乙撑碳酸酯结构与性能的影响研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：479338