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聚丙烯酸酯液晶类成核剂诱导PP结晶行为的研究

作　者: 钞春英
导　师: 胡建设
学　校: 东北大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 液晶聚合物成核剂聚丙烯 α晶 β晶结晶行为
分类号: TQ325.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

液晶聚合物(LCP)具有高强、高模等优良特性,在复合材料共混改性中已获得了的应用,但是,LCP作为聚丙烯成核剂的研究报道极少。因此,开展液晶类成核剂的研究不仅具有重要的学术价值和理论意义,而且有望开发出高效、多功能化的新型聚丙烯成核剂。本论文设计并合成了八种新型丙烯酸酯类液晶单体(M1-M8),并分别将单体M1-M4进行了自由基聚合,合成P1-P4四种均聚物,另外,还将一定量的单体M1,分别与不同比例的4-丙烯酰氧基乙氧基苯甲酸(N1)进行自由基共聚,将一定量的单体M4,分别与不同比例的4-丙烯酰氧基己氧基苯甲酸(N2)进行自由基共聚,制备出四种新型液晶共聚物P1-1和P1-2与P4-1和P4-2。并分别把不同含量的P1、P1-1和P1-2与聚丙烯(PP)在一定工艺条件共混,得到了一系列的共混样品。利用FT-IR对所合成的单体、均聚物和共聚物的结构进行了表征,通过POM、DSC、TGA等对液晶单体、均聚物和共聚物的液晶性能进行了测试,讨论了液晶分子的化学结构对其相转变温度及相类型的影响。此外,还采用POM、DSC、WAXD等初步研究了P1、P1-1和P1-2作为成核剂对PP结晶结构与形态的影响。FT-IR研究表明,所合成的液晶单体、均聚物和共聚物的化学结构均符合分子设计。单体M1-M8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,.对应单体的熔点和清亮点均降低,且熔点降低的较多；而随着液晶核刚性的增加,对应单体的熔点和清亮点均升高,且清亮点升高的较多,液晶相范围变宽。均聚物和共聚物出现了明显的玻璃化转变温度(或熔点)和清亮点,呈现向列相的液晶织构。所合成的聚合物的Tg或Tm均在74℃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。此外,除P3的热分解温度为294℃外,所有聚合物的热分解温度均在300℃以上,具有良好的热稳定性。研究发现,随着液晶类成核剂P1、P1-1和P1-2的加入,其在PP共混样品中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,并诱导p晶的形成。P1含量为0.8%时成核效果最佳,结晶温度(Tc)为125℃时,β晶所占含量(Kβ)最大,为21%；P1-1含量为1.2%时,Tc为120℃时,Kβ最大,为25%；P1-2含量为1.2%,Tc为130℃时,Kβ最大,为18%。此外,β晶与α晶在结晶形态上具有很大的区别：α晶为黑白球状结构,球晶轮廓明显,且为放射性增长；而β晶为彩色球状结构,球晶轮廓模糊,为支化生长或螺旋式增长；随温度的升高,p晶的彩色形态逐渐变暗,于156℃左右消失,而α晶的黑白形态在171℃左右消失。对P1、P1-1和P1-2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P,、P1-1和P1-2后的PP样品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β晶的低熔点和螺旋或树枝状的独特生长方式,导致p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1.2% P1-1/PP的非等温结晶动力学研究发现,Jeziorny法与莫志深法结论一致。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。Zc值基本上为一常数,符合Jeziorny对于Zc是一常数且降温速率无关的描述。另外,当降温速率不同时,其成核和生长机理也不尽相同,具体原因还有待进一步研究。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-34
  1.1 聚丙烯简介  12-13
    1.1.1 聚丙烯发展现状  12
    1.1.2 聚丙烯的结晶形态  12-13
  1.2 聚丙烯成核剂简介  13-20
    1.2.1 成核机理  13-14
    1.2.2 成核剂分类  14-19
    1.2.3 成核剂对聚丙烯性能的影响  19-20
  1.3 液晶及液晶高分子概述  20-30
    1.3.1 液晶简介  20-21
    1.3.2 液晶高分子简介  21-22
    1.3.3 液晶高分子的理论基础  22-23
    1.3.4 液晶高分子的分类  23-26
    1.3.5 液晶高分子的最新研究进展及应用前景  26-30
  1.4 液晶高分子在复合材料中的应用  30-31
  1.5 本论文的意义及特色  31-34
第2章液晶单体及聚合物的合成、结构与性能研究  34-74
  2.1 主要试剂及理化性质  34-36
  2.2 测试方法及仪器  36-37
  2.3 合成路线  37-38
    2.3.1 液晶单体的分子设计  37
    2.3.2 液晶聚合物的分子设计  37-38
  2.4 实验步骤  38-39
    2.4.1 液晶单体的制备  38
    2.4.2 液晶聚合物的制备  38-39
  2.5 结果与讨论  39-72
    2.5.1 结构分析  39-54
    2.5.2 液晶性能分析  54-72
  2.6 本章小结  72-74
第3章液晶均聚物成核剂诱导PP结晶行为研究  74-86
  3.1 原料与化学药品  74
  3.2 试样的制备  74
  3.3 性能测试  74
  3.4 结果与讨论  74-85
    3.4.1 PP共混样品的结晶结构分析  75-78
    3.4.2 PP共混样品的结晶形态分析  78-80
    3.4.3 PP共混样品的结晶热力学分析  80-83
    3.4.4 PP共混样品的结晶动力学分析  83-85
  3.5 本章小节  85-86
第4章液晶共聚物成核剂诱导PP结晶行为研究  86-112
  4.1 原料与化学药品  86
  4.2 试样的制备  86
  4.3 性能测试  86
  4.4 结果与讨论  86-111
    4.4.1 P_(1-1)作为成核剂诱导PP结晶行为的研究  86-102
    4.4.2 P_(1-2)作为成核剂诱导PP结晶行为的研究  102-111
  4.5 本章小节  111-112
第5章结论  112-114
参考文献  114-122
致谢  122-124
攻读硕士学位期间所发表的论文  124

聚丙烯酸酯液晶类成核剂诱导PP结晶行为的研究

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