抗静电剂的设计合成及其对聚丙烯性能的影响研究

作     者：刘阳冬 

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈振斌

授予年度：2023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：聚丙烯 抗静电剂 双子表面活性剂 TMQ共聚物 

摘      要：聚丙烯(PP)因良好的耐热性、耐化学腐蚀、耐蠕变、易加工性和低廉的价格等优点被广泛应用于汽车、家电、包装、医疗和建材等领域,已成为全球第二大塑料。但PP属于典型的绝缘材料,极易因摩擦或接触产生静电,对生产安全和日用生活带来了极大的不便,严重时甚至引发火灾和爆炸,很大程度上限制了PP的应用范围。因此开发具备抗静电性能的PP材料对拓宽其应用范围具有重大意义。本论文通过季铵化、共聚和酯化等反应制备了两种抗静电剂N,N’-双(十六烷基二甲基)-1,2-二溴化乙二铵盐(GS)和异戊烯醇聚氧乙烯醚-(3-羧基丙烯酰氧基乙基)烯丙基二甲基氯化铵共聚物(TMQ),将其分别加入到PP中,研究其对PP抗静电性能、力学性能及熔融结晶性能的影响,具体如下:(1)以GS为抗静电剂对PP进行抗静电改性。结果表明,在PP中加入GS后,相比纯PP,经改性后的PP表面电阻率(ρ)和拉伸强度均在下降,缺口冲击强度先上升后下降,熔融指数波动上升。当添加12 wt%的GS时,PP的ρ降低近4个数量级,已具备较为优秀的抗静电性能,拉伸强度降低30.5%,缺口冲击强度和熔融指数分别提升了137%和447%。抗静电耐水洗、耐久性和相对湿度变化测试结果表明,PP/GS材料的抗静电耐水洗和耐久性一般,相对湿度变化对其抗静电性能有较大影响,且GS的加入对PP热稳定性影响较小,对PP加工和日常使用没有影响。扫描电子显微镜(SEM)结果显示,随GS添加量的增加,其与PP相容性下降。非等温结晶动力学研究表明,GS的加入明显降低了结晶峰温度(T),增大半结晶时间(t),降低结晶活化能(?E)。(2)以TMQ为抗静电剂对PP进行抗静电改性。结果表明,随TMQ含量增加,PP的ρ呈现下降趋势,拉伸强度和缺口冲击强度先上升后减小,熔融指数呈上升趋势。当添加15 wt%的TMQ时,ρ降低近5个数量级,拉伸强度降低了38.6%,缺口冲击强度和熔融指数分别提升了357%和991%。抗静电耐水洗、耐久性和相对湿度变化测试结果表明,PP/TMQ材料的抗静电耐水洗和耐久性较为优异,相对湿度变化对其抗静电性能影响不大,且TMQ对PP热稳定性影响不大,热稳定性虽不如PP/GS材料,但对PP正常加工和日常使用没有任何影响。SEM结果显示,过多的TMQ加入,破坏了其与PP的相容性。非等温结晶动力学研究表明,TMQ的加入明显提高了T,t略有增大,提高?E。