液晶聚合物类β晶成核剂诱导等规聚丙烯结晶行为的研究

论文摘要

作为新型功能高分子材料,液晶聚合物（LCP）在高强度、高模量纤维的制备,液晶自增强材料的开发等方面都取得了迅速的发展和应用。以LCP作为新型高分子助剂来改性热塑性塑料的研究已有文献报道,但是,LCP作为聚丙烯（PP）成核剂的研究报道很少,因此开展液晶类成核剂的研究具有重要的学术价值和理论意义,而且有望开发出高效、多功能化的新型PP成核剂,并随着市场需求的扩大,对新型的液晶类成核剂的研究具有广阔的应用前景。本论文设计与合成了六种液晶类单体：4-乙氧基苯甲酸-4’-丙烯酰氧基乙氧基苯甲酸对苯二酚双酯（M1）、4-乙基苯甲酸-4’-丙烯酰氧基乙氧基苯甲酸对苯二酚双酯（M2）、4-乙氧基苯甲酸-4’-丙烯酰氧基乙氧基苯甲酸对联苯酚双酯（M3）、4-乙基苯甲酸-4’-丙烯酰氧基乙氧基苯甲酸对联苯酚双酯（M4）、4-戊基苯甲酸-4’-丙烯酰氧基乙氧基苯甲酸对联苯酚双酯（Ms）、4-戊基苯甲酸-4’-烯丙氧基对联苯酚酯（M6）,并分别将单体M1-M5进行了自由基聚合,合成五种聚合物P1-P5,另外,将M6与聚甲基含氢硅氧烷进行了接枝聚合,合成了一种聚合物P6。此外,把不同含量的P2和P6分别与PP按一定工艺条件共混,得到了一系列的共混样品。FT-IR研究表明,所合成的单体、聚合物均符合分子设计。利用FT-IR、1H-MNR、偏光显微镜（POM）、差示扫描量热仪（DSC）等表征了单体与聚合物的化学结构与液晶性能,采用POM、DSC、广角X-射线衍射仪（WAXD）等研究P2与P6作为成核剂对等规聚丙烯结晶行为的影响。研究表明,所合成的单体、聚合物均符合分子设计。单体M1～M6均为热致液晶,呈现典型的向列相的丝状织构、球粒织构和纹影织构。随着柔性间隔基长度的增加,对应单体的熔点（Tm）与清亮点（Ti）均降低,且Tm降低的较多；而随着液晶核刚性的增加,对应单体的Tm与Ti均升高,且Ti升高的较多,液晶相范围变宽。聚合物出现了明显的玻璃化转变或熔融转变,呈现向列相的液晶织构。所合成的聚合物的玻璃化转变温度（Tg）均在75℃以下,且Ti均高于200℃,符合本论文设计PP液晶类成核剂的基本要求。液晶聚合物P2与P6在PP共混样品中均起到异相成核的作用,使得PP的成核点数目增多,球晶尺寸变小,分布均匀,且诱导了p晶的生成。在结晶时间均为1h条件下,当P2含量为1.2%时,成核效果最佳,结晶温度（Tc）为130℃时,p晶含量（Kβ）最大,为65%；P6含量为0.3%,TC为130℃时,kβ最大,为51%。此外,p晶与P晶在结晶形态上具有很大的区别：α晶为黑白球状结构,片晶是从球晶中心沿径向方向向外放射性生长,球晶之间具有清晰的边界或轮廓；而β晶为彩色球状结构,其片晶是由球晶中心成平行集结成束,然后向外支化生长或螺旋状向外生长,球晶之间边界模糊,在相邻球晶边界处,片晶互相交错。对P2与P6液晶成核剂的动力学研究发现：与纯PP相比,加入不同质量分数液晶成核剂P2与P6后的PP共混样品的结晶峰均向高温方向移动,且峰型变得尖锐,明显提高了PP的结晶速度和结晶温度。此外,由于p晶的低熔点和螺旋或树枝状的独特生长方式,致使β晶含量较高的PP样品的结晶峰反而向低温方向移动,且其总结晶速率也减小。通过对0.3%P6/PP的非等温结晶动力学研究发现,PP共混体系中的Z值随着降温速率的增加而增加,结晶速度也随之加快。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 聚丙烯简介
• 1.1.1 聚丙烯发展现状
• 1.1.2 聚丙烯的结晶形态
• 1.2 聚丙烯成核剂简介
• 1.2.1 成核机理
• 1.2.2 成核剂分类
• 1.2.3 成核剂对聚丙烯性能的影响
• 1.3 液晶高分子概述
• 1.3.1 液晶高分子简介
• 1.3.2 液晶高分子的理论基础
• 1.3.3 液晶高分子的分类
• 1.3.4 液晶高分子的分子结构与性能
• 1.3.5 液晶高分子的最新研究进展
• 1.4 液晶高分子在复合材料中的应用
• 1.5 本论文的研究背景、意义及特色
• 第2章 液晶单体及其聚合物的合成与性能研究
• 2.1 主要化学药品及理化性质
• 2.2 测试方法及仪器
• 2.3 合成路线
• 2.3.1 液晶单体的合成
• 1～P₅的合成'>2.3.2 液晶聚合物P₁～P₅的合成
• 6的合成'>2.3.3 液晶聚合物P₆的合成
• 2.4 实验步骤
• 2.4.1 液晶单体的制备
• 1～P₅的制备'>2.4.2 液晶聚合物P₁～P₅的制备
• 6的制备'>2.4.3 液晶聚合物P₆的制备
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 红外分析
• 2.5.2 单体的液晶性能分析
• 2.5.3 聚合物的液晶性能分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 聚丙烯酸酯类液晶成核剂诱导PP结晶行为的研究
• 3.1 原料与化学药品
• 3.2 测试仪器
• 3.3 试样的制备
• 3.4 结晶行为表征
• 3.5 结果与讨论
• 2/PP共混样品的结晶结构分析'>3.5.1 P₂/PP共混样品的结晶结构分析
• 2/PP共混样品的结晶形态分析'>3.5.2 P₂/PP共混样品的结晶形态分析
• 2/PP共混样品的结晶热力学分析'>3.5.3 P₂/PP共混样品的结晶热力学分析
• 2/PP共混样品的结晶动力学分析'>3.5.4 P₂/PP共混样品的结晶动力学分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 聚硅氧烷类液晶成核剂诱导PP结晶行为的研究
• 4.1 原料与化学药品
• 4.2 测试仪器
• 4.3 试样的制备
• 4.4 结晶行为表征
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 聚硅氧烷类聚合物作为成核剂诱导PP结晶行为的研究
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢