本文關(guān)鍵詞：聚芳酯—聚硅氧烷嵌段共聚物的合成及其低溫增韌聚碳酸酯

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【摘要】：聚碳酸酯(PC)是五大工程塑料之一,它具有高力學(xué)強(qiáng)度、高耐熱性、良好電絕緣性和尺寸穩(wěn)定性等眾多優(yōu)異性能,因而可廣泛應(yīng)用于機(jī)械、航空、交通、光學(xué)、電子電器、農(nóng)業(yè)、紡織、醫(yī)療等多個領(lǐng)域。然而,PC在實際應(yīng)用中日益暴露出自身的不足,表現(xiàn)為PC在低溫下的缺口沖擊強(qiáng)度差,嚴(yán)重限制了其在嚴(yán)寒地區(qū)或低溫環(huán)境下的應(yīng)用,PC的阻燃級別(UL-94 V-2)無法滿足高阻燃性能產(chǎn)品在某些領(lǐng)域的使用要求,以及PC高熔體粘度無法滿足大型薄壁制件的制造要求等。克服PC的上述不足,是解決PC實際應(yīng)用問題的根本途徑,也是本工作的主旨所在。聚硅氧烷(PDMS)具有低溫柔順性、低表面能以及阻燃等性能特點,鑒于其與PC性能的互補(bǔ),希望借助其與聚芳酯的嵌段共聚物(PARSi),改善其與PC基體相容性的同時,發(fā)揮其性能特點,綜合提高PC的低溫韌性、熔融流動性及阻燃性等。本文首先以雙酚A和間苯二甲酰氯為原料,以芐基三乙基氯化銨為相轉(zhuǎn)移催化劑,采用界面縮聚法合成酰氯封端的聚芳酯低聚物,再分別與數(shù)均分子量為2500、5000、27000的雙氨基封端聚二甲基硅氧烷繼續(xù)反應(yīng),制備了三種聚芳酯-聚硅氧烷嵌段共聚物(PARSi2.5、PARSi5、PARSi27)。利用核磁共振譜、傅里葉紅外光譜、X-射線光電子能譜等多種譜圖,表征了嵌段共聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu),并通過熱重分析研究了嵌段共聚物的熱穩(wěn)定性。將合成所得的嵌段共聚物與PC熔融共混制備聚碳酸酯/聚芳酯-聚硅氧烷(PC/PARSi)共混物,著重探討了共混物中PARSi的添加量及聚硅氧烷嵌段分子量大小等因素對PC低溫韌性、熔融流動性和阻燃性的影響及其機(jī)理,同時對共混物的拉伸性能、彎曲性能、熱穩(wěn)定性以及水接觸角等進(jìn)行了測試。研究結(jié)果表明,PARSi可顯著改善PC的低溫韌性,其中PARSi27添加量為5 wt%的PC共混物在-50℃時具有較高的沖擊強(qiáng)度(52.2 kJ/m~2),比PC提高了3.7倍。增加聚硅氧烷嵌段分子量或適當(dāng)提高PARSi的含量均可有效改善PC的低溫韌性。由共混物沖擊斷面的微觀形貌可推斷,PARSi與PC界面脫粘形成空穴以及空穴引發(fā)基體產(chǎn)生強(qiáng)迫高彈形變,是PC低溫增韌的主要機(jī)理。在改善PC熔融流動性方面,PARSi中具有柔順性和低表面能的PDMS起到潤滑劑的作用,減弱了PC熔體與器壁以及PC熔體之間的流動摩擦,PC熔體粘度和流動速率分別得到有效降低和提高,如PARSi27添加量為5 wt%時,PC/PARSi27的剪切粘度為138 Pa·s(對應(yīng)剪切速率為3686 s-1),熔體流動速率為29.1 g/10min,較純PC分別降低了37%和增加58%。另外,PC共混物熔融流動性亦隨PARSi添加量以及PDMS嵌段分子量的增加而逐漸提高。與改善PC低溫韌性和流動性的規(guī)律不同,PC共混物僅在較低PARSi27添加量時才可獲得良好的阻燃性能,如PARSi添加量為2 wt%的共混物可達(dá)UL-94 V-0@1.6 mm阻燃級別,熱釋放速率峰值(196 kW/m~2)降至純PC的57%。燃燒過程中,在炭層內(nèi)表面形成了封閉的氣泡結(jié)構(gòu),在炭層外表面,聚硅氧烷鏈遷移到表面,形成-Si-O-,-Si-C-結(jié)構(gòu)。凝聚相阻燃機(jī)理是PARSi阻燃PC的主要機(jī)理。PARSi中低表面能的PDMS一定程度上也提高了PC共混物的疏水性。此外,雖然PARSi對PC共混物的拉伸性能、彎曲性能及熱穩(wěn)定性有一定的弱化作用,但弱化程度在PC/PARSi27系列共混物中并不大,以低溫韌性最好的PC/PARSi27-5為例,其拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度相比純PC分別降低了9%和13%,其5%熱失重溫度由純PC的496℃降至445℃。總而言之,本工作制備的PC/PARSi具有良好的綜合性能,可滿足低溫、阻燃使用要求,且有望在大型薄壁制品中得到推廣應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：聚芳酯-聚硅氧烷嵌段共聚物 聚碳酸酯 低溫增韌 流動性 阻燃
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O631;TQ323.41
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-29
• 1.1 聚碳酸酯13-15
• 1.1.1 聚碳酸酯概述13-14
• 1.1.2 聚碳酸酯共混改性研究14-15
• 1.2 聚碳酸酯低溫增韌改性研究15-18
• 1.2.1 苯乙烯型熱塑性彈性體增韌聚碳酸酯15-16
• 1.2.2 核殼結(jié)構(gòu)聚合物增韌聚碳酸酯16-17
• 1.2.3 聚烯烴增韌聚碳酸酯17-18
• 1.2.4 有機(jī)硅聚合物增韌聚碳酸酯18
• 1.3 聚硅氧烷嵌段共聚物的合成與應(yīng)用研究18-26
• 1.3.1 聚硅氧烷嵌段共聚物的合成18-23
• 1.3.2 聚硅氧烷嵌段共聚物的應(yīng)用23-26
• 1.4 本論文的研究意義、研究內(nèi)容、特色與創(chuàng)新之處26-29
• 1.4.1 本論文的研究意義26-27
• 1.4.2 本論文的研究思路及研究內(nèi)容27
• 1.4.3 本論文的特色與創(chuàng)新之處27-29
• 第二章 聚芳酯-聚硅氧烷嵌段共聚物的合成與表征29-45
• 2.1 引言29
• 2.2 實驗部分29-33
• 2.2.1 實驗原料29-30
• 2.2.2 實驗儀器與設(shè)備30
• 2.2.3 實驗合成30-32
• 2.2.4 表征與測試32-33
• 2.3 結(jié)果與討論33-44
• 2.3.1 PARSi的結(jié)構(gòu)表征33-40
• 2.3.2 PARSi的X射線光電子能譜40-41
• 2.3.3 PARSi的熱性能41-44
• 2.4 本章小結(jié)44-45
• 第三章 聚芳酯-聚硅氧烷嵌段共聚物對聚碳酸酯的低溫增韌及流動性改性45-66
• 3.1 引言45-46
• 3.2 實驗部分46-50
• 3.2.1 實驗原料46
• 3.2.2 實驗儀器與設(shè)備46-47
• 3.2.3 試樣的制備47-48
• 3.2.4 表征與測試48-50
• 3.3 結(jié)果與討論50-65
• 3.3.1 PARSi27不同添加量對PC力學(xué)性能的影響50-52
• 3.3.2 增韌機(jī)理52-54
• 3.3.3 PARSi27不同添加量對PC熔體流動性能的影響54-55
• 3.3.4 PARSi27不同添加量對PC熱性能的影響55-59
• 3.3.5 PARSi27不同添加量對PC表面水接觸角的影響59-60
• 3.3.6 PARSi中聚硅氧烷嵌段分子量大小對PC力學(xué)性能的影響60-61
• 3.3.7 PARSi中聚硅氧烷嵌段分子量大小對PC熔體流動性能的影響61-62
• 3.3.8 PARSi中聚硅氧烷嵌段分子量大小對PC其他性能的影響62-65
• 3.4 本章小結(jié)65-66
• 第四章 聚芳酯-聚硅氧烷嵌段共聚物阻燃聚碳酸酯66-80
• 4.1 引言66
• 4.2 實驗部分66-69
• 4.2.1 實驗原料66-67
• 4.2.2 實驗儀器與設(shè)備67
• 4.2.3 試樣的制備67-68
• 4.2.4 表征與測試68-69
• 4.3 結(jié)果與討論69-78
• 4.3.1 PARSi27不同添加量對PC阻燃性能的影響69-71
• 4.3.2 阻燃機(jī)理71-74
• 4.3.3 PC/F/PARSi27的熱性能74-77
• 4.3.4 PC/F/PARSi27的熔體流動性能77-78
• 4.4 本章小結(jié)78-80
• 結(jié)論80-82
• 參考文獻(xiàn)82-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果88-89
• 致謝89-90
• 答辯委員會對論文的評定意見90

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