本文關(guān)鍵詞：超臨界CO_2發(fā)泡聚苯乙烯泡沫形態(tài)結(jié)構(gòu)調(diào)控研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：聚苯乙烯(PS)泡沫材料具有優(yōu)異的保溫絕熱性能、緩沖性能、絕緣性能和耐腐蝕性能,傳統(tǒng)的PS泡沫材料都是采用氟利昂類或是烷烴類作為發(fā)泡劑,隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)和生產(chǎn)安全關(guān)注度的提高,CO2作為綠色環(huán)保的發(fā)泡劑是未來應(yīng)用的主要方向,但是CO2在PS中應(yīng)用時存在溶解度低,擴(kuò)散系數(shù)高等問題,使用其作為發(fā)泡劑,發(fā)泡材料的泡孔結(jié)構(gòu)難以得到有效控制,而泡孔形態(tài)結(jié)構(gòu)對于泡沫材料的性能具有重要影響,因此如何對PS和CO2發(fā)泡體系的泡孔形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控具有重要意義。泡沫材料制備的過程中,氣泡成核是其中最為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié),使用氣泡成核劑是控制泡孔形態(tài)結(jié)構(gòu)的主要方法,傳統(tǒng)的無機(jī)成核劑由于與聚合物相容性差,不僅在聚合物中很難分散均勻,而且對聚合物泡沫性能會產(chǎn)生不利影響。本文提出了以聚合物的交聯(lián)點和共混物中的分散相作為成核劑的新方法,通過調(diào)整分散相和交聯(lián)點的形態(tài)和分布,以達(dá)到調(diào)控泡孔形態(tài)結(jié)構(gòu)的目的,同時聚合物的交聯(lián)點和共混物中的分散相對于發(fā)泡劑的溶解度、氣體在熔體中的擴(kuò)散速率等方面都會產(chǎn)生影響,從而可以控制泡孔的形態(tài)結(jié)構(gòu)。主要研究工作如下：(1)通過溶解—聚合法制備了PS/交聯(lián)PS的共混物,通過調(diào)整單體部分的含量控制PS/交聯(lián)PS共混物中的交聯(lián)程度,從而調(diào)控交聯(lián)點的數(shù)量和分布；采用釜壓發(fā)泡法制備了PS/交聯(lián)PS共混物泡沫,研究了交聯(lián)點數(shù)量和分布與PS/交聯(lián)PS共混物泡沫的泡孔形態(tài)之間的關(guān)系。結(jié)果表明,適量的交聯(lián)單體可以使交聯(lián)點均勻地分散在PS基體中,單體添加量過高,交聯(lián)部分不能均勻地分散在線形部分中,使部分區(qū)域交聯(lián)度過高；PS/交聯(lián)PS共混物的熔體強(qiáng)度會隨著單體用量的增加而先降低后增大；在PS/交聯(lián)PS共混體系中,交聯(lián)點可以起到異相成核劑的作用,表現(xiàn)出顯著的異相成核行為,在苯乙烯(St)用量24份時,PS/交聯(lián)PS共混物泡沫的泡孔密度可達(dá)到1.6×108個/cm3。(2)采用熔融共混的方法制備了PS和無定形聚合物聚對苯二甲酸乙二醇酯-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯(PETG)共混物；采用釜壓發(fā)泡法制備了PS/PETG共混物泡沫；采用二次降壓法調(diào)控泡沫的成核和增長過程,制備復(fù)合泡孔結(jié)構(gòu)的PS/PETG共混物泡沫。結(jié)果表明,PS/PETG的配比、混煉溫度、密煉機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)對于PS/PETG共混物的相態(tài)結(jié)構(gòu)有影響；分散相顆粒密度高、分散相顆粒均勻度高,有利于提高泡孔密度和泡孔尺寸的均勻度；通過調(diào)整混煉工藝,可以使PS/PETG共混物的分散相顆粒密度提高到3.32×1011個/cm3,使用該共混物發(fā)泡可以獲得泡孔密度2.93×109個/cm3,平均泡孔直徑7.65μm的微孔泡沫塑料；通過控制第一次壓力降和其后的保壓時間可以獲得具有復(fù)合泡孔結(jié)構(gòu)的共混物泡沫材料,在第一次壓力降為2.5 MPa,第二次保壓時間為20 min的條件下,可以獲得大泡孔的平均泡孔直徑220.8μm,泡孔密度6.27×105個/cm3,小泡孔平均泡孔直徑58.4μm,泡孔密度2.62×107個/cm3的復(fù)合泡孔結(jié)構(gòu)的PS/PETG共混物泡沫。(3)采用熔融共混的方法制備了PS和半結(jié)晶型聚合物聚乳酸(PLA)的共混物,采用反應(yīng)型增容劑調(diào)控PLA分散相在PS中的分散相顆粒數(shù)量、分布和結(jié)晶度。研究結(jié)果表明,反應(yīng)型增容劑可以起到很好的增容作用；由于使PLA的分子鏈由線形結(jié)構(gòu)變?yōu)橹ЩY(jié)構(gòu),使等溫結(jié)晶過程中的結(jié)晶度降低；PLA作為分散相在PS/PLA共混物的發(fā)泡過程中能夠起到異相成核劑的作用,使泡孔數(shù)量明顯增加；PLA的結(jié)晶能夠阻礙氣體的擴(kuò)散,通過調(diào)控PLA分散相的顆粒密度和PLA的結(jié)晶度,可以獲得泡孔密度9.27×107個/cm3、平均泡孔直徑66.64μm、表觀密度0.045g/cm3的PS/PLA共混物泡沫材料。(4)采用溶解-聚合法制備了PS/交聯(lián)聚丙烯酸甲酯(PMA)的共混物和PS/交聯(lián)苯乙烯-丙烯酸甲酯共聚物[P(St-MA)]共混物,并研究了PS/交聯(lián)PMA和PS/交聯(lián)P(St-MA)共混物結(jié)構(gòu)和性能對共混物泡沫形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明,與St相比,MA單體與PS溶解的過程中存在相容性差的問題,濃度過大時,聚合時容易導(dǎo)致局部交聯(lián)點密度過高,從而使分散性下降；使用St作為共聚單體,能夠提高M(jìn)A、偶氮二異丁腈(AIBN)在PS中分散的均勻程度,由于MA的活性較高,可以減少線形PS部分的降解,從而降低體系的凝膠率；MA的引入能提高體系的成核效率,PMA的表面張力高,其成核效率比交聯(lián)PS中的交聯(lián)點的成核效率高,并且MA的加入能夠提高體系中CO2的溶解度,從而可獲得泡孔密度高、泡孔尺寸大、表觀密度低的PS發(fā)泡材料,MA含量9.6份時,PS/交聯(lián)P(St-MA)共混物泡沫的泡孔密度為1.01×108個/cmm3,平均泡孔直徑98μm,表觀密度0.026g/cm3的低密度泡沫。
【關(guān)鍵詞】：聚苯乙烯 共混物 超臨界二氧化碳 相態(tài)結(jié)構(gòu) 泡孔結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ328.4
【目錄】：

• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集3-4
• 摘要4-7
• ABSTRACT7-17
• 符號說明17-18
• 第一章 緒論18-45
• 1.1 超臨界CO_2發(fā)泡聚苯乙烯(PS)泡沫材料18-23
• 1.1.1 聚合物泡沫材料概述18-19
• 1.1.2 PS發(fā)泡材料19-20
• 1.1.3 CO_2作為發(fā)泡劑的優(yōu)點和缺點20-22
• 1.1.4 CO_2發(fā)泡PS材料進(jìn)展22-23
• 1.2 聚合物材料發(fā)泡過程23-31
• 1.2.1 均相溶液的形成25-26
• 1.2.2 氣泡成核26-29
• 1.2.3 氣泡增長29-30
• 1.2.4 固化定型30-31
• 1.3 聚合物共混物31-37
• 1.3.1 聚合物共混物概述31-33
• 1.3.2 聚合物共混物的相態(tài)結(jié)構(gòu)33
• 1.3.3 聚合物共混物的制備方法33-34
• 1.3.4 影響聚合物共混物相態(tài)的因素34-37
• 1.3.4.1 熔融共混35-36
• 1.3.4.2 互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)(IPN)36-37
• 1.4 聚合物共混物發(fā)泡行為37-42
• 1.4.1 共混物中均相體系的形成37-38
• 1.4.2 共混物中的氣泡成核38-39
• 1.4.3 共混物中的氣泡增長39-41
• 1.4.4 共混物中的氣泡穩(wěn)定41-42
• 1.5 本文研究的內(nèi)容和意義42-44
• 本章部分內(nèi)容發(fā)表在44-45
• 第二章 PS/交聯(lián)PS共混體系的泡孔結(jié)構(gòu)調(diào)控45-64
• 2.1 引言45-46
• 2.2 實驗部分46-50
• 2.2.1 實驗原料46-47
• 2.2.2 實驗設(shè)備47
• 2.2.3 樣品制備47-48
• 2.2.4 性能測試與結(jié)構(gòu)表征48-50
• 2.3 結(jié)果與討論50-63
• 2.3.1 PS/交聯(lián)PS共混物的結(jié)構(gòu)表征50-53
• 2.3.2 PS/交聯(lián)PS共混物的流變性能53-56
• 2.3.3 交聯(lián)PS的交聯(lián)結(jié)構(gòu)對泡沫結(jié)構(gòu)的影響56-59
• 2.3.4 PS的分子量對泡沫結(jié)構(gòu)的影響59-63
• 2.4 本章小結(jié)63-64
• 第三章 PS/聚對苯二甲酸乙二醇酯-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯(PETG)共混體系的相態(tài)結(jié)構(gòu)及其泡孔結(jié)構(gòu)調(diào)控64-93
• 3.1 引言64-65
• 3.2 實驗部分65-66
• 3.2.1 實驗原料65
• 3.2.2 實驗設(shè)備65
• 3.2.3 樣品制備65-66
• 3.2.4 性能測試與結(jié)構(gòu)表征66
• 3.3 結(jié)果與討論66-91
• 3.3.1 PS和PETG的剪切流變行為66-68
• 3.3.2 PETG含量對PS/PETG共混物相態(tài)和泡孔結(jié)構(gòu)的影響68-75
• 3.3.3 加工工藝對PS/PETG共混物相態(tài)和泡孔結(jié)構(gòu)的影響75-85
• 3.3.4 通過發(fā)泡工藝調(diào)控PS/PETG共混物的泡孔結(jié)構(gòu)85-91
• 3.4 本章小結(jié)91-92
• 本章部分內(nèi)容發(fā)表在92-93
• 第四章 PS/聚乳酸(PLA)共混體系的相態(tài)結(jié)構(gòu)及其泡孔結(jié)構(gòu)調(diào)控93-109
• 4.1 引言93
• 4.2 實驗部分93-95
• 4.2.1 實驗原料93-94
• 4.2.2 實驗設(shè)備94
• 4.2.3 樣品制備94
• 4.2.4 性能測試與結(jié)構(gòu)表征94-95
• 4.3 結(jié)果與討論95-108
• 4.3.1 PLA的結(jié)晶行為95-99
• 4.3.2 PS/PLA共混物的相態(tài)結(jié)構(gòu)99-102
• 4.3.3 PS/PLA共混物的發(fā)泡行為102-108
• 4.4 本章小結(jié)108
• 本章部分內(nèi)容發(fā)表在108-109
• 第五章 PS/交聯(lián)聚丙烯酸甲酯(PMA)共混體系的泡孔結(jié)構(gòu)調(diào)控109-129
• 5.1 引言109-110
• 5.2 實驗部分110-111
• 5.2.1 實驗原料110
• 5.2.2 實驗設(shè)備110
• 5.2.3 樣品制備110-111
• 5.2.4 性能測試與結(jié)構(gòu)表征111
• 5.3 結(jié)果與討論111-127
• 5.3.1 PS/交聯(lián)PMA的結(jié)構(gòu)與性能111-115
• 5.3.2 PS/交聯(lián)PMA共混物的結(jié)構(gòu)對其發(fā)泡行為的影響115-120
• 5.3.3 PS/交聯(lián)P(St-MA)共混物的結(jié)構(gòu)與性能120-124
• 5.3.4 PS/交聯(lián)P(St-MA)共混物的結(jié)構(gòu)對其發(fā)泡行為的影響124-127
• 5.4 本章小結(jié)127-129
• 第六章 全文總結(jié)129-131
• 參考文獻(xiàn)131-140
• 致謝140-141
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文141-142
• 作者簡介142
• 導(dǎo)師簡介142-143
• 附件143-144

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本文編號：263036