二氧化碳和环氧丙烷共聚物反应挤出研究

论文摘要

本课题以双螺杆为主要反应容器,对液态的二氧化碳和环氧丙烷共聚物的低聚物（Mn=2000）进行反应挤出,利用扩链剂、异氰酸酯和偶联剂进行扩链增强,通过研究机械结构、加工工艺和配方组成,使液态的低聚物反应成为具备吹塑加工性能的薄膜材料。本课题研究的共聚物以二氧化碳和环氧丙烷为主要原料,兼具固化二氧化碳与自降解等优点,在当前世界的气候与能源背景下,应用前景非常广阔。但是目前受到催化剂用量大与合成环境苛刻双面因素影响,该共聚物的合成成本非常高昂,生产能力不高。同时由于材料本身的结构,脆性和耐热性能都非常的差,加工性能不佳。本课题利用双螺杆挤出机做为柱塞流反应器,对低分子共聚物预聚物进行扩链反应挤出,然后再通过偶联剂进一步处理,是该材料实现低成本和连续化生产,同时提高材料的加工性能。本实验的整个流程都坚持了“使反应设备适合反应过程”的原则,通过研究反应本身,使用适合反应设备的机械结构和工艺参数,尽力减少副反应,使反应向我们需要的方向进行。实验过程以双螺杆挤出机为反应容器对二氧化碳与环氧丙烷共聚物、异氰酸酯（MDI）和扩链剂1,4-丁二醇（BDO）进行反应挤出扩链,进一步使用单螺杆挤出机,用偶联剂对共聚物进行处理进一步提高其力学性能。用万能材料测试机和熔融指数仪分别研究了不同配方和工艺下共聚物的力学性能和熔融指数变化,结果表明,异氰酸酯指数、扩链剂用量、螺杆反应段温度以及螺杆的转速,是影响共聚物力学性能的主要因素。综合考虑,当异氰酸酯指数R为1.3,扩链剂p值为0.6,双螺杆反应温度为120℃,螺杆转速为30r/min,偶联剂采用0.2%的BASF4368CS,反应挤出的共聚物达到吹塑要求。用红外表征测试表明双螺杆内发生的挤出扩链反应,通过GPC观测反应各阶段的分子量,通过反应挤出反应物的分子量从2000提高到2×104,并通过偶联剂处理后,提高了力学性能和尺寸稳定性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 研究背景
• 1.2 二氧化碳和环氧丙烷共聚物材料的研究进展
• 1.3 二氧化碳与环氧丙烷共聚物的结构
• 1.4 二氧化碳与环氧丙烷共聚物的性能
• 1.5 当前二氧化碳与环氧丙烷共聚物扩链改性的现状
• 1.5.1 选用高效催化剂
• 1.5.1.1 二乙基锌/助剂催化剂
• 1.5.1.2 有机金属铝的卟啉络合物催化体系
• 1.5.1.3 稀土类催化剂
• 1.5.2 改进反应机理
• 1.5.3 制备交联型PPC
• 1.5.4 提高PPC的立构规整度
• 1.6 二氧化碳与环氧丙烷共聚物的热降解
• 1.7 反应挤出简介
• 1.7.1 反应挤出定义
• 1.7.2 反应挤出的特点
• 1.7.3 反应挤出的应用
• 1.7.4 反应性挤出加工技术对双螺杆要求
• 1.8 本文研究的目的和意义
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料及设备
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 二氧化碳与环氧丙烷共聚物反应挤出研究方法
• 2.3 二氧化碳与环氧丙烷共聚物/MDI/BDO双螺杆反应挤出
• 2.3.1 共混反应挤出流程
• 2.3.2 反应挤出工艺
• 2.4 测试方法
• 2.4.1 拉伸强度（Tensile Strength,TS）的测定
• 2.4.2 断裂伸长率（Elongatlonatbreak,E）的测定
• 2.4.3 熔体流动速率（Ml）的测定
• 2.4.4 热失重（TGA）的测定
• 2.4.5 扫描电镜测试（SEM）的观察
• 2.4.6 差示扫描量热仪（DSC）
• 2.4.7 红外光谱测试
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 反应挤出过程分析
• 3.2 加工机械对反应过程的影响
• 3.2.1 双螺杆挤出机的结构
• 3.2.2 排除水对于反应过程的影响
• 3.3 加工工艺对于共聚物性能的影响
• 3.3.1 挤出机温度段的影响
• 3.3.2 双螺杆转速的影响
• 3.4 加工配方对于共聚物性能的影响
• 3.4.1 异氰酸酯指数对材料力学性能的影响
• 3.4.2 异氰酸酯选择对材料力学性能的影响
• 3.4.3 扩链剂用量对共聚物力学性能的影响
• 3.4.4 催化剂用量对反应挤出过程的影响
• 3.4.5 双螺杆反应挤出扩链效果分析
• 3.4.6 双螺杆反应挤出扩链后共聚物的热性能
• 3.5 用偶联剂通过单螺杆挤出机对反应挤出共聚物再处理
• 3.5.1 BASF4368cs偶联效果分析
• 3.5.2 BASF4368cs处理后共聚物的热性能
• 3.6 反应挤出共聚物的应用实验结果
• 3.6.1 利用二氧化碳和环氧丙烷共聚物进行吹塑实验
• 3.6.2 利用共聚物对其他环保材料进行增韧
• 第四章 结论
• 4.1 实验结论
• 4.2 未来反应挤出二氧化碳和环氧丙烷共聚物研究的方向
• 4.2.1 改进反应设备
• 4.2.2 扩展本反应挤出材料的应用
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书