聚苯硫醚抗氧化改性及其结构与性能的研究

发布时间：2018-05-14 20:49

本文选题：聚苯硫醚(PPS) + 蒙脱土(MMT)　；参考：《江南大学》2017年博士论文

【摘要】：聚苯硫醚(PPS)是一种具有优异的耐化学腐蚀性、良好的热稳定性、优良的机械性能及高性价比的半结晶型高性能热塑性材料,由PPS制备的过滤材料广泛应用于高温烟气粉尘过滤等领域,但PPS较差的抗氧化性能严重制约了PPS滤料的使用寿命,因此对PPS进行抗氧化改性具有重要的科研意义和实用价值。本文利用层状纳米颗粒-蒙脱土(MMT)和石墨烯微片(GNPs)以及高聚物-聚偏二氟乙烯(PVDF)代替传统的抗氧剂对PPS进行抗氧化改性探讨,并对不同复合体系的PPS基复合材料的形态结构与性能进行了系统的研究与分析,在此基础上提出了层状纳米颗粒改善PPS树脂抗氧化性能的机理,为提高PPS的抗氧化能力和开发新型的耐氧化PPS滤料提供理论基础和科学依据,本课题的研究工作主要包括:1.纳米MMT是一种常见的高性价比层状纳米颗粒,本文首先利用不同的有机改性剂对MMT进行有机改性提高其和PPS树脂的相容性,通过测试分析筛选获得层间距大且热稳定性良好的有机改性蒙脱土(Bz-MMT),然后利用熔融插层法与PPS熔融共混制备PPSBMx纳米复合材料,并对复合材料的形态结构及性能进行系统研究,研究发现不同Bz-MMT含量下PPSBMx纳米复合材料可形成剥离型、插层型或两者共混的结构;添加少量的Bz-MMT即可显著改善PPS的力学拉伸性能,PPSBM0.5纳米复合材料的拉伸强度比纯PPS树脂提高了61.8%,并且还可以促进PPS基体结晶、提高结晶度和改善PPS基体的结晶完整度。同时,添加Bz-MMT也显著提高了PPS基体的耐热指数温度(THRI),PPSBM0.5纳米复合材料的THRI比纯PPS树脂提高了12.5℃,PPS的耐热稳定性得到显著改善;抗氧化测试表明PPSBMx纳米复合材料经氧化处理后拉伸强度保持率高于纯PPS树脂,纯PPS树脂拉伸强度保持率仅为9.7%,PPSBM0.5的拉伸强度保持率可达49.4%,且添加Bz-MMT可在氧化处理过程中促使PPS分子链中亚砜基转变为砜基形成类聚芳硫醚砜结构,显著改善PPS基体的抗氧化能力。2.石墨烯是目前最薄的层状纳米颗粒,本文首先利用不同的功能化修饰剂对GNPs进行功能化修饰,通过热稳定性测试分析筛选得到热稳定性优良的功能化石墨烯(BGN),然后利用熔融共混法与PPS制备PPSBGx纳米复合材料,并对复合材料的形态结构和性能进行了系统研究,研究发现添加少量的(0.5 wt.%)BGN可以获得剥离型纳米复合材料,当BGN的含量增大时会产生团聚;添加少量的BGN也可以显著提升PPSBGx纳米复合材料的力学拉伸性能,PPSBG1纳米复合材料的拉伸强度比纯PPS树脂提高73.1%,并且少量BGN的添加也可促进结晶,增大结晶度和减少PPS基体结晶不完善部分。同时,添加BGN也显著提高了PPS的THRI,PPSBG0.5纳米复合材料的THRI比纯PPS树脂提高了12.8℃;抗氧化性能测试表明PPSBGx纳米复合材料经氧化处理后拉伸强度保持率也高于纯PPS树脂,纯PPS树脂拉伸强度保持率仅为9.7%,PPSBG1的拉伸强度保持率可达46.1%,且添加BGN也可在氧化处理过程中促使PPS分子链中亚砜基转变为砜基形成类聚芳硫醚砜结构,改善PPS基体的抗氧化能力。3.基于Bz-MMT和BGN两种层状纳米颗粒改善PPS抗氧化性能的测试分析,首次提出层状纳米颗粒改善PPS抗氧化性能的理论模型假说,一方面层状纳米颗粒促进PPS结晶提高结晶度,改善PPS的结晶完整程度,减少结晶缺陷,同时加之层状纳米颗粒自身的屏蔽阻隔作用,从而延缓热量、氧化性物质及氧化产物的传递进而延缓氧化速度,另一方面添加层状纳米颗粒可在氧化处理过程中促进PPS分子链中S元素转变为砜基,形成结构稳定的类聚芳硫醚砜保护层延缓PPS基体内部的进一步氧化。4.首次利用高聚物PVDF与PPS熔融共混制备PPS/PVDF共混物,并对共混物的形态结构与性能进行了系统研究,研究发现PPS相与PVDF相的相容性较差,PVDF相以球形颗粒分散在PPS相中,PPS/PVDF共混物形成“海岛”结构;添加低含量(5 wt.%)的PVDF可显著提升PPS基体的力学拉伸性能,与纯PPS树脂相比拉伸强度提高了56.9%,PVDF的添加还可以提高PPS的结晶速率并改善PPS的结晶完整度,而PPS会促进PVDF的α晶相向β晶相转变。同时,较低含量下(≤20 wt.%)的PVDF可显著改善PPS的耐热稳定性,抗氧化性能测试表明添加PVDF可在PPS熔融加工阶段显著降低PPS的氧化程度。5.利用自制纺丝设备通过熔融纺丝法制备PPSBMx基和PPSBGx基复合熔纺纤维,并对熔纺纤维的形态结构、线密度、结晶度、拉伸性能和抗氧化性能进行了系统的研究分析,研究表明PPS基复合熔纺纤维表观形态良好,表面光滑,纤维线密度差异小;添加Bz-MMT和BGN可提高熔纺纤维的结晶度和取向度,进而提高了熔纺纤维的拉伸断裂强度。同时,PPS基复合熔纺纤维在90℃水浴中热处理48h后,熔纺纤维发生再结晶导致纤维断裂强度得到提升,抗氧化性能测试表明PPS基复合熔纺纤维经过氧化处理后纤维断裂强度保持率均高于纯PPS熔纺纤维,Bz-MMT和BGN的添加显著改善PPS基熔纺纤维的抗氧化性能。
[Abstract]:Polyphenylene sulfide ( PPS ) is a kind of semi - crystalline high - performance thermoplastic material with excellent chemical corrosion resistance , good thermal stability , excellent mechanical properties and high cost performance . The results show that the tensile strength retention of PPS is higher than that of pure PPS resin , and the tensile strength of PPS / PVDF composites is higher than that of pure PPS resin . The results show that PPS - based composite melt - spun fibers have good apparent morphology , smooth surface and low density of fibers . The results show that PPS - based composite melt - spun fibers have good apparent morphology , smooth surface and low fiber density .

【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ326.5

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