本文關(guān)鍵詞：反應(yīng)封端及氫鍵作用對改性聚甲基乙撐碳酸酯結(jié)構(gòu)與性能的影響研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)是由二氧化碳和環(huán)氧丙烷通過共聚反應(yīng)合成的一種脂肪族聚碳酸酯,PPC的合成能夠高效固定二氧化碳,同時PPC又能完全生物降解,是一種極具發(fā)展前景的“綠色塑料”。然而,PPC分子鏈較柔順,分子間作用力較低,呈現(xiàn)無定形的聚集態(tài)結(jié)構(gòu),熱學(xué)和力學(xué)性能較差,限制了PPC的廣泛應(yīng)用。本論文從PPC分子結(jié)構(gòu)特點入手,基于其分子鏈上存在末端活性羥基以及PPC易于質(zhì)子給予體和受體形成氫鍵作用的原理,采用反應(yīng)封端處理末端羥基和引入氫鍵作用對PPC進(jìn)行改性,研究封端劑類別和含量、氫鍵作用等對PPC復(fù)合材料熱性能、力學(xué)性能和流變行為的影響,研究其對改性PPC結(jié)構(gòu)與性能的作用機理,為高性能PPC復(fù)合材料的制備和應(yīng)用提供理論指導(dǎo)�；赑PC“解拉鏈?zhǔn)健钡臒峤到鈾C理,采用三種封端劑,包括酸酐(分別為馬來酸酐(MA)、鄰苯二甲酸酐(PA)和均苯四甲酸二酐(PMDA))、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)和環(huán)氧類擴鏈劑(Joncryl ADR-4370),分別與PPC反應(yīng)擠出,制備反應(yīng)封端PPC,研究封端劑類別和添加量對PPC分子鏈結(jié)構(gòu)的作用機理。采用紅外譜圖分析、化學(xué)滴定法、特性黏度法來表征PPC分子鏈結(jié)構(gòu),測試PPC的力學(xué)性能、耐熱性能和流變性能,探討改性PPC結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。結(jié)果表明:不同類型的酸酐存在兩種不同的作用機理,反應(yīng)活性較強的MA與PPC發(fā)生酯化反應(yīng),反應(yīng)活性較弱的PA和PMDA,利用酸酐的羰基與PPC末端的羥基形成氫鍵作用;MDI小分子上的異氰酸酯基能直接與PPC末端的羥基發(fā)生封端反應(yīng);Joncryl分子鏈上的環(huán)氧基團與PPC末端的羥基發(fā)生封端反應(yīng),由于Joncryl分子結(jié)構(gòu)上含有甲基丙烯酸基團、苯環(huán)等極性基團,因此Joncryl與PPC分子鏈相互作用較強,能夠更有效的提高PPC初始分解溫度。從復(fù)合材料界面物理和化學(xué)性質(zhì)出發(fā),基于分子間氫鍵可以加強樹脂基體與填料之間的相互作用,有利于提高復(fù)合材料的熱力學(xué)性能。本論文選用兩類與PPC能產(chǎn)生較強氫鍵作用的填料:尼龍66(PA66)短纖維和纖維素(微晶纖維素(MCC)、納米微晶纖維素(NCC)),采用熔融共混的方法,制備PPC/PA66短纖維、PPC/MCC、PPC/NCC復(fù)合材料,研究氫鍵作用對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的作用機理。對PPC/PA66短纖維復(fù)合材料,紅外光譜和核磁共振結(jié)果表明PA66短纖維的羰基與PPC分子鏈中的羥基之間形成了氫鍵,PA66短纖維的引入提高了PPC的力學(xué)性能和熱學(xué)性能。當(dāng)短纖維含量為20wt%時,復(fù)合材料的缺口沖擊強度提高了315.8%,初始分解溫度和玻璃化溫度分別提高了32.2℃和3.8℃。當(dāng)短纖維含量繼續(xù)增加至30wt%時,由于高含量的纖維之間容易發(fā)生團聚,導(dǎo)致復(fù)合材料的力學(xué)性能略有下降。PPC力學(xué)和熱學(xué)性能的顯著提高,主要原因是氫鍵作用的形成和PA66短纖維受力后發(fā)生的拉絲形變所引起。對于PPC/MCC材料體系,從復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和增容機理出發(fā),采用MDI作為增容劑,基于MCC表面羥基以及PPC端羥基的活性,分析MDI的增容機理,研究MDI增容效果以及MDI添加量與復(fù)合材料力學(xué)性能、耐熱性能、流變性能之間的關(guān)系。MDI小分子上的異氰酸酯基能與MCC、PPC的羥基發(fā)生反應(yīng),增強復(fù)合材料中聚合物基體和填料的相互作用,使其不僅僅是單純的物理共混,而是通過MDI使MCC與PPC基體產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合,這種化學(xué)作用有利于提高復(fù)合材料的熱力學(xué)性能。對于PPC/NCC材料體系,以水溶性PEG為載體將NCC均勻的分散在PPC基體中,制備PPC/PEG/NCC復(fù)合材料,NCC能有效地改善PPC與PEG的相容性。隨著NCC含量增加,復(fù)合材料的復(fù)數(shù)黏度、彈性模量、初始熱分解溫度不斷提高,PPC/PEG/0.7NCC復(fù)合材料的初始熱分解溫度比純PPC的提高了36℃,這可能是因為PEG和NCC表面有大量羥基以及NCC能夠提供足夠的表面積與PPC分子形成氫鍵,抑制PPC的熱降解。
【關(guān)鍵詞】：聚甲基乙撐碳酸酯 反應(yīng)擠出 封端改性 氫鍵作用 結(jié)構(gòu)與性能 復(fù)合材料
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O633.14
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 符號說明13-14
• 第一章 緒論14-31
• 1.1 引言14
• 1.2 聚甲基乙撐碳酸酯的結(jié)構(gòu)與性能14-17
• 1.2.1 聚甲基乙撐碳酸酯的分子結(jié)構(gòu)14-15
• 1.2.2 聚甲基乙撐碳酸酯的性能15-17
• 1.3 聚甲基乙撐碳酸酯改性的研究現(xiàn)狀17-25
• 1.3.1 化學(xué)改性17-19
• 1.3.2 物理改性19-25
• 1.4 聚甲基乙撐碳酸酯/納米微晶纖維素復(fù)合材料25-28
• 1.4.1 納米微晶纖維素的制備方法25-27
• 1.4.2 PPC/NCC復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀27-28
• 1.5 本論文研究的目的、意義和主要內(nèi)容28-31
• 1.5.1 本論文的研究目的和意義28-29
• 1.5.2 本論文研究課題的來源及主要的研究內(nèi)容29-31
• 第二章 實驗原料、設(shè)備和方法31-38
• 2.1 實驗原料與試劑31-32
• 2.2 實驗儀器與設(shè)備32-33
• 2.3 樣品制備33-35
• 2.3.1 反應(yīng)擠出樣品制備33
• 2.3.2 復(fù)合材料樣品制備33-35
• 2.4 測試方法35-37
• 2.4.1 力學(xué)性能35
• 2.4.2 熱學(xué)性能35
• 2.4.3 流變性能35
• 2.4.4 黏流活化能35-36
• 2.4.5 紅外光譜36
• 2.4.6 拉曼光譜36
• 2.4.7 核磁共振36-37
• 2.4.8 封端效率37
• 2.4.9 特性黏度37
• 2.4.10 微觀形貌分析37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第三章 酸酐反應(yīng)擠出聚甲基乙撐碳酸酯的結(jié)構(gòu)與性能38-54
• 3.1 MA添加量對MA封端聚甲基乙撐碳酸酯結(jié)構(gòu)的影響38-40
• 3.1.1 紅外光譜38-39
• 3.1.2 封端效率39
• 3.1.3 特性黏度39-40
• 3.2 MA添加量對MA封端聚甲基乙撐碳酸酯性能的影響40-43
• 3.2.1 熱分解溫度41
• 3.2.2 穩(wěn)態(tài)黏彈流變性能41-42
• 3.2.3 動態(tài)黏彈流變性能42-43
• 3.3 MA添加量與MA封端聚甲基乙撐碳酸酯結(jié)構(gòu)、性能的關(guān)系43-44
• 3.4 酸酐類型對酸酐封端聚甲基乙撐碳酸酯結(jié)構(gòu)的影響44-50
• 3.4.1 紅外光譜45
• 3.4.2 拉曼光譜45-46
• 3.4.3 特性黏度46-47
• 3.4.4 黏流活化能47-50
• 3.5 酸酐類型對酸酐封端聚甲基乙撐碳酸酯性能的影響50-52
• 3.5.1 熱分解溫度50-51
• 3.5.2 力學(xué)性能51-52
• 3.5.3 流變性能52
• 3.6 酸酐類型與酸酐封端聚甲基乙撐碳酸酯結(jié)構(gòu)、性能的關(guān)系52-53
• 3.7 本章小結(jié)53-54
• 第四章 二苯基甲烷二異氰酸酯、Joncryl環(huán)氧擴鏈劑反應(yīng)擠出改性聚甲基乙撐碳酸酯54-62
• 4.1 MDI、Joncryl封端聚甲基乙撐碳酸酯結(jié)構(gòu)表征54-56
• 4.2 MDI、Joncryl封端聚甲基乙撐碳酸酯動態(tài)流變性能56-57
• 4.2.1 復(fù)數(shù)黏度56
• 4.2.2 彈性模量56-57
• 4.3 MDI、Joncryl封端聚甲基乙撐碳酸酯耐熱性能57-59
• 4.4 MDI、Joncryl封端聚甲基乙撐碳酸酯結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系59-60
• 4.5 反應(yīng)擠出機理綜合分析60-61
• 4.6 本章小結(jié)61-62
• 第五章 聚甲基乙撐碳酸酯/PA66 短纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能62-73
• 5.1 聚甲基乙撐碳酸酯與PA66 短纖維氫鍵作用機理62-64
• 5.2 PA66 短纖維含量對復(fù)合材料力學(xué)性能影響64-66
• 5.3 PA66 短纖維含量對復(fù)合材料熱學(xué)性能影響66-68
• 5.3.1 熱分解溫度66-67
• 5.3.2 玻璃化溫度67-68
• 5.4 PA66 短纖維含量對復(fù)合材料流變性能影響68-71
• 5.5 復(fù)合材料斷面形貌分析71-72
• 5.6 本章小結(jié)72-73
• 第六章 聚甲基乙撐碳酸酯/微晶(納米微晶)纖維素復(fù)合材料的制備及性能研究73-87
• 6.1 MCC含量對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響73-74
• 6.2 PPC/MCC/MDI復(fù)合材料性能表征74-78
• 6.2.1 力學(xué)性能74-75
• 6.2.2 熱分解溫度75-76
• 6.2.3 動態(tài)流變性能76-78
• 6.3 MDI增容復(fù)合材料機理分析78-81
• 6.3.1 紅外譜圖78-80
• 6.3.2 微觀形貌80-81
• 6.4 MDI增容復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系81
• 6.5 納米微晶纖維素的形貌與尺寸表征81-83
• 6.6 PPC/PEG/NCC復(fù)合材料的性能表征83-85
• 6.6.1 熱性能83-84
• 6.6.2 動態(tài)流變性能84-85
• 6.7 PPC/PEG/NCC復(fù)合材料斷面形貌分析85
• 6.8 本章小結(jié)85-87
• 結(jié)論87-89
• 參考文獻(xiàn)89-97
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果97-99
• 致謝99-100
• 附件100

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