聚丙烯酸酯核壳弹性粒子的构筑及对聚氯乙烯的增韧研究

作     者：汤千熠 

作者单位：长春工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘伯军

授予年度：2024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：聚丙烯酸酯 ASA制备 抗冲改性剂 多步种子乳液聚合 聚氯乙烯 

摘      要：聚氯乙烯(PVC)树脂具有良好的耐腐蚀性、阻燃性、低导热性和优异的绝缘性能,而由于其脆性断裂倾向及缺口敏感使得材料的应用受到严重限制。改善PVC树脂的性能,特别是其韧性,一直是PVC材料开发的众多焦点之一。本文所构筑的聚丙烯酸酯核壳弹性粒子是一种三组份核壳接枝共聚物,其壳相为苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN),核相为聚丙烯酸丁酯((PBA)橡胶粒子,因此也被称为ASA核壳共聚物。 本研究首先采用半连续多步种子乳液聚合法制备了一系列不同粒径的PBA核相胶乳,并通过对接枝反应调控合成了特性、结构不同的ASA核壳共聚物。研究了聚合过程中交联剂用量、核壳比、预溶胀液的量等对ASA乳液的影响,通过计算以及动态光散射(DLS)对乳液粒子的粒径、转化率、接枝率及接枝效率进行了分析。结果表明交联剂的加入量会对橡胶相的凝胶含量以及后续的接枝过程影响较大。过量的交联剂将会导致橡胶相的模量显著提高,进而对后续增韧过程中产生的空洞化以及剪切带造成不利影响。对于核壳比的单独改变,将最终导致ASA核壳弹性粒子的粒径、接枝率以及接枝效率明显降低。在接枝过程中使用了预溶胀的进料方式,预溶胀液的少量加入提高了接枝反应的转化率、接枝率及接枝效率。同时,合成了不同壳层单体比例的ASA接枝共聚物,外壳成分的适当变化使得ASA的接枝率以及接枝效率发生小幅提高,但不会对弹性粒子的整体结构产生重大影响。 本文又将合成的ASA接枝粉料与PVC进行熔融共混,利用DMA、SEM、FTIR、冲击仪和电子拉力机等测试仪器对PVC/ASA共混物的热性能、内部结构以及力学性能进行系统研究。结果表明在一定范围内ASA与PVC完全相容,可以在PVC中均匀分散。PVC/ASA共混物的冲击强度在添加量为13phr时达到最高值,此时共混物的缺口冲击强度可达1299 J/m,为纯PVC(104 J/m)的12倍以上。同时,动态力学分析表明壳相单体组成影响的分子间相互作用力对复合材料的冲击性能起到关键性作用。调节核相粒径为100-600 nm对PVC进行增韧,冲击强度在400 nm时最大,同时,通过对不同比例100 nm与600 nm大小粒径掺混也验证了大小粒径掺混对PVC的增韧存在协同作用。