液晶聚硅氧烷类成核剂诱导PP结晶结构与形态的研究

作     者：吕海龙 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡建设

授予年度：2010年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：液晶聚合物 成核剂 聚丙烯 α晶 β晶 结晶结构与形态 

摘      要：作为一种高强度、高模量的高分子材料,液晶聚合物（LCP）在用来作共混改性方面文献报道研究很多,但将LCP作为聚丙烯成核剂的研究却是非常稀少。因此,本人秉承老师的课题思想开展液晶类成核剂的研究不但具有重要的应用探索价值,在开辟研究领域、深入研究液晶材料的应用方面更具有重要意义。 论文设计并合成了四种新型液晶单体：4-烯丙氧基苯甲酸-4’-戊基苯甲酸对苯二酚双酯（M1）,4-烯丙氧基苯甲酸-4’-戊基苯甲酸对联苯酚双酯（M2）,4-十一烯酸-4’-戊基苯甲酸对联苯酚双酯（M3）,4-十一烯酰氧基苯甲酸-4’-戊基苯甲酸对联苯酚双酯（M4）。将M1、M2、M3分别与聚甲基含氢硅氧烷进行了接枝聚合,合成了三种液晶均聚物P1、P2、P3：将一定量的M2和4-羟基-4’-烯丙氧基苯甲酰氧基联苯（N2）与聚甲基含氢硅氧烷进行了接枝共聚,合成了一种新型液晶共聚物P22。将P3与P22作为成核剂与PP在一定工艺条件下进行共混,获得一系列的PP共混样品。 利用红外光谱（FT-IR）和核磁（1H-NMR）对所合成的单体、均聚物和共聚物的结构进行了表征,通过偏光显微分析（POM）、差示扫描量热分析（DSC）对均聚物和共聚物的液晶性能进行了测试和分析,并采用X-射线衍射仪（WAXD）、POM、DSC等研究P3和P22对PP共混样品结晶结构、形态与热力学的影响。FT-IR研究表明,所合成的单体、均聚物和共聚物均符合分子设计。 M1-M4均为热致液晶化合物,M1与M2呈现向列相纹影织构;M3在升降温过程均呈现近晶B（SB）相的马赛克织构、近晶C（Sc）相的破碎扇形织构、近晶A（SA）相的扇形织构和向列相纹影织构;M4呈现出SA相扇形织构和向列相纹影织构。P1、P2与P22均出现了玻璃化温度,而P3出现了熔融转变。所有聚合物均呈现明亮的液晶织构,且P3与P22的Tg或Tm均在90℃以下,且Ti均高于200℃,符合我们所设计的液晶高分子作为PP成核剂的基本要求。 随着液晶类成核剂P3和P22的加入,其在PP共混体系中起到了异相成核的作用,使PP的晶核数目增多,球晶细化,球粒分布均匀,并改变了球晶的结晶形态,诱导出p晶。随着成核剂含量的增加,Kβ呈现先增加后降低的趋势,P3含量为0.6%时成核效果最佳,在125℃等温结晶1h,p晶含量（Kβ）最大为45%;P22含量为0.4%,在125℃等温结晶1h,Kβ值为29%。. p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p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155℃左右消失,而α晶的黑白形态在171℃左右消失。 分别添加液晶均聚物成核剂P3和共聚物P22后的PP共混样晶,随着温度的上升,除在165℃附近出现了a晶型聚丙烯熔融峰外,还在150℃附近也出现了p晶型聚丙烯的特征熔融峰,并且等温结晶温度为125℃时,P3为0.6%时p晶相对含量最大;P22为0.4%时p晶相对含量最大。