胺基化聚苯乙烯的合成及其对聚丙烯的亲水改性研究

发布时间：2020-06-22 04:06

【摘要】：聚丙烯(PP)作为世界五大合成高分子材料之一,无色无毒,具有价格低廉、力学性能优异、易加工等特点。以PP为原料的薄膜、纤维以及非制造布、片材等各种制品,在生活与工业生产中被大量应用。但由于PP较强的疏水特性,使其在纺织、建筑等工业领域难以广泛应用。若PP亲水性能提升,在纺织领域可增强其染色性能,增强服装服饰的舒适性;在工业领域,可增强与混凝土的结合力以提升混凝土的综合力学性能。由此可见,对聚丙烯的亲水改性具有十分重要的意义。课题组前期以PS及改性PS作为添加剂对PP进行改性,在PP中增加无定形区、分子扩散通道及极性基团,并调控分散相在PP基体的形貌结构,提高了PP纤维的染色性能和表面性能等;但是极性基团的引入使得改性PS与PP的共混熔融加工存在较大困难。本文在前期研究基础上,通过调控PS分子量,并以此为模板制备胺基化聚苯乙烯(PS-EDA),通过调控胺基化聚苯乙烯的结构和控制PSEDA在PP基体中的分散相形貌,来提高PP的亲水性能。主要内容和结论如下:(1)胺基化聚苯乙烯的制备及性能研究:基于自由基悬浮聚合基本原理制备了低分子量聚苯乙烯;利用F-C酰基化反应制备了酰基化聚苯乙烯(PS-Cl),通过研究反应条件对聚苯乙烯酰基化的影响发现,投料比对酰化反应影响较大,酰化度在PS(苯环的物质的量):催化剂:酰基化试剂为1:0.9:0.9投料比时达到最高值;体系中所形成的络合物在反应2 h时已近完全;反应物浓度为0.33 mol/L、反应温度为26°C条件下,酰化度较高。以不同酰化度的酰基化聚苯乙烯为中间产物,制备了四种不同氨基含量的PS-EDA。通过PS-EDA的热性能研究,发现氨基的引入使聚合物Tg升高,氨基含量越高,Tg越高。氨基含量较低时,改性聚合物的初始分解温度与终止分解温度均随着氨基含量的增加而升高;但氨基含量较高时,由于聚合物吸湿性较强,在较低温度下就表现出失重现象。(2)PP/PS-EDA共混物的制备及性能研究:对PP与PP/PS、PP/PS-EDA共混聚合物的结晶性能进行研究,发现改性添加剂的引入使PP球晶变小、晶体间界面增多。热性能研究发现,PS、PS-EDA分散相的存在使共混聚合物熔点降低,PS-EDA中氨基含量增加,熔点向低温方向移动;PS对PP结晶温度影响较小,而不同氨基含量的PS-EDA的加入,使PP的结晶温度向低温方向移动;此外,PS、PSEDA的加入使PP的初始分解温度升高,更有利于PP的加工成型。形貌观研究发现,PS分散相能以球形颗粒均匀分散在PP基体内部,当PS-EDA中氨基含量较低时,分散相能均匀地分散在PP基体中,分散颗粒细小、粒径均一;当PS-EDA中氨基含量较高时,分子间作用力较大,PS-EDA在PP基体中难以破裂,形成较大颗粒。提高共混温度,有利于分散相的破裂和分散,在240°C时,分散相破裂成细小颗粒,较好地分布在基体内。FTIR和XPS结果验证了共混聚合物表面氨基的存在。表面形貌观察和接触角分析发现,改性PP基体表面氨基含量较低时,亲水性改善不明显;随着氨基含量升高,亲水性提升明显。当分散相集聚为较大颗粒时,PP的水接触角较大,改性不明显;当分散相颗粒细小、分布均匀时,PP接触角角度显著降低,改性后的PP,接触角从100.8°降低到66.3°。亲水性的提升,对聚丙烯的应用前景预估可达到十分理想的效果。
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ342.3
【图文】：

示意图,分散相形态,熔融共混,高聚物

图 1-1 高聚物熔融共混分散相形态示意图相聚合物形貌结构的影响因素混体系内在性质对分散相形态的影响分散相含量相容共混聚合物，多相聚合物易表现出海-岛结构，分基体为海相[29]，体系相形态受分散相含量影响较大。，提高分散相比例，岛相易发生凝聚作用。组分较小、均匀分布的状态；组分较大时，则会表现出聚并的现象 PP/PS 共混物中组分比对共混聚合物分散相的影响，发散相粒径增加，粒子间产生聚并，分布变宽。体系粘度比系的粘度比对分散相尺寸与形态影响也较大，分散相尺寸

界面能,接触角

上的影响因素，材料所处环境、湿度也会产生影响，同时响着共混材料的亲水性。水性表征方法触角通常用来表示水分子对固体样品的润湿情况，图 1-2 为，稳定扩展时的状态，而水滴的形状受到多方面因素影响力以及液、固体之间的黏附力。固体、气体、液体三相的面的张力分别用 σls、σgs、σlg表示，三点共同作用于 O。之间的相互力必须抵消，水平方向力平衡的方程式如公式σgs= σlsσlgcos cos = (σgsσls)/σlg

【参考文献】