PVC的热稳定及可修复性能研究

发布时间：2020-08-08 09:59

【摘要】：PVC因其难燃、耐磨、抗化学腐蚀、气体水汽低渗透、综合机械性能优良、制品透明、电绝缘、隔热隔音而得到广泛应用。但也因PVC化学结构存在缺陷,而导致其热稳定性差,抗冲击强度低,所以PVC稳定化、高性能化和功能化一直备受关注。本文首先模拟PVC的降解老化,然后通过乙基双马来酰胺酸(DMA)类物质与降解PVC发生D-A反应,从分子水平上实现力学性能修复;通过Friedel-Crafts反应实现了 PVC与呋喃环(Fur)接枝,进而与DMA类物质发生D-A可逆反应,实现了 PVC的热可逆自修复。主要研究工作如下:(1)合成了 DMA类物质,模拟PVC的降解老化,并通过DMA类物质对其进行力学性能修复,结果表明拉伸强度和断裂伸长率修复率分别达到了 109.8%和150.3%。PVC修复前后的FTIR证明,修复反应的机理是因为降解PVC中的共轭多烯与DMA发生了 Diels-Alder反应。(2)采用微波辐照实现了呋喃与PVC的Friedel-Crafts接枝反应并优化了反应条件,借助于呋喃环对反常结构氯原子的替换,修饰PVC的不稳定结构,从源头上实现了 PVC的稳定化。呋喃与PVC的Friedel-Crafts接枝反应的优化条件为:反应温度为45℃,微波辐照15min,PVC:Fur:AlC13 =1:1:0.01,接枝率为11.47%。接枝反应修复了 PVC的结构缺陷,延迟了 HC1的消除反应,改善了 PVC的热稳定性能,刚果红热稳定时间延长了约4 min。通过计算热降解动力学参数,呋喃接枝PVC第一降解阶段(脱HC1)的活化能较PVC提升了 65.60 kJ/mol。(3)依靠引入的呋喃环与DMA之间的热可逆D-A反应,构建了 Fur-PVC-DMA自修复体系。偏光显微镜观察不同温度,不同时间的划痕修复情况,证明具有热可逆性的D-A键被成功引入,可实现材料的自修复,热处理修复温度120℃为宜。对拉断的哑铃型自修复体系进行60℃热处理修复实验,拉伸强度一次修复率为52.6%。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ325.3
【图文】：

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分别与聚苯乙烯共混，两种共混物的伸长率都得到显著改善。1.4 自修复高分子材料的研究进展近年来，高分子材料由于其质轻、较好的物理化学性能、价格低廉、设计性强等特点被广泛应用，甚至在某些情况下可以代替金属材料，但是材料在使用过程中不可避免的会因为应力、高温高压、辐射等产生局部损伤或微裂纹，导致材料性能下降，影响其使用寿命和应用范围[53]，甚至会威胁生命财产安全[54]。自修复技术被视为近几年衍生出来的一类新兴领域，主要应用于尖端工程技术领域。近日，加州大学河滨分校的化学家们发现了一种可对划痕和裂缝进行自主修复的新型自修复材料，该修复行为利用材料本身的延展性实现，未来有望应用于电子设备屏幕以及电池的修复。1.4.1 自修复高分子材料的提出20世纪80年代美国军方率先提出自修复的概念[55]，区别于传统的机械连接、塑料焊接和胶接等技术。该类高分子材料能够感知外界环境变化，进行自我诊断，并对损伤的部位进行自我修复，以恢复其自身性能[56]。自修复的灵感来源于自然界生物体的自愈合

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1 绪论会产生黏胶状物质填补到伤口，一段时间后结晶固化，使脊椎得到愈合；图c树木划痕的自愈合，植物的嫁接等都体现出了自修复性。自然界中壁虎断尾重新长出，依然可以正常活动；蝾螈伤口处长出肉芽，继续愈合逐渐恢复如初；大熊猫牙釉质界面中因含有天然有机质使其牙齿能够实现自修复。自愈合赋予了生物顽强的生命力，通过物质补给或能量补给机制，使伤口自动愈合[57]。通过调查我们发现，对于废旧的高分子材料目前的处理方式主要有三种：丢弃、焚烧、掩埋，无论哪种方式都会污染环境，不利于生态可持续发展。

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自修复轮胎修复机理示意图

【参考文献】