论文部分内容阅读
高密度聚乙烯（HDPE）是我们日常生活中使用最广泛的一种半结晶性聚合物,具有较高的使用温度、阻隔性能、机械强度以及良好的耐化学药品性和电绝缘性,具有广泛的应用。然而,由于HDPE分子链为线性结构,几乎没有支链,导致其在加工过程中表现出低熔体强度的弱点。由于这方面的缺陷限制了HDPE在热成型、吹塑成型和发泡等成型加工领域的应用。据报道在HDPE主链中引入长支链结构（LCB）是提高HDPE熔体强度的最有效的方法之一。通常长支链聚乙烯（LCBPE）的制备方法主要有直接合成法、高能辐射法和熔融支化法三种,其中熔融支化法操作简便经济,最适合工业化生产。在本论文中,我们通过熔融支化法使用不同官能度数目的乙烯基多官能度单体改性HDPE制备出LCBPE。使用傅里叶红外光谱仪（FTIR）、旋转流变仪、三检测器凝胶渗透色谱、核磁共振(13C NMR)、毛细管流变仪、差示扫描量热仪（DSC）及偏光显微镜（POM）等多种检测手段,对LCBPE的结构与性能的关系进行深入研究。主要内容包括以下四个部分:1.通过熔融支化法使用过氧化二异丙苯（DCP）引发不同官能度数目的乙烯基多官能度单体改性HDPE制备出LCBPE。根据瞬时扭矩曲线推测了LCBPE形成的可能机理,并对其反应产物进行了FTIR、13C NMR、GPC以及流变学方法进行系统的定性定量表征。采用复数黏度曲线、储能模量曲线、Han图、Cole-Cole图、vGP图等多种流变分析方法,深入研究了LCB结构与流变性能之间的关系。结果表明单独使用DCP改性及单官能度单体改性的试样LCB含量很少,基本为线性结构。而使用多官能度单体改性的试样,随着单体官能度数目的增加,LCB含量逐渐增加,熔体强度逐渐提高。另外,LCB结构的引入使HDPE的力学性能得到了改善。2.利用加权松弛时间谱、热流变行为、零切粘度η0与重均分子量Mw的关系及vGP图研究了LCBPE的拓扑链结构。结果表明利用熔融支化法制备出的LCBPE是一种热流变复杂流体,是具有线性结构的HDPE与长链支化PE的混合物,其黏流活化能随着松弛时间的增加逐渐提高。η0-Mw关系与约化vGP图研究表明熔融支化法制备的LCBPE为星型支化聚乙烯。3.利用DSC、POM等手段研究了LCB结构对HDPE的非等温动力学结晶过程及结晶形态等的影响。结果表明随着LCB含量的增加,结晶峰温逐渐提高,说明LCB结构起到了异相成核的作用,初始成核密度得到提高,可以在更高的温度下结晶。但在晶体生长过程中,使分子链排入晶格变得困难,结晶速率下降,从而使结晶时间变长。采用Ozawa法、Jeziorny法以及Mo法对LCBPE的非等温结晶动力学进行了分析。结果表明LCBPE存在二次结晶,LCB结构影响了HDPE的成核机理和晶体生长形式。POM观察结果表明,与纯HDPE相比,LCBPE的晶粒得到细化且数量剧增。4.针对使用单官能度单体改性HDPE制备LCBPE得到的产物LCB含量很少,基本为线性结构这一现象。我们利用纳米SiO2表面具有大量活性硅羟基的特点,通过对纳米SiO2表面进行接枝改性引入含乙烯基双键的单官能度单体。以改性纳米SiO2为支化点,利用熔融支化法制备出LCBPE。制备的LCBPE熔体强度、热稳定性及力学性能得到明显提高。DSC和POM结果表明,改性试样的晶粒得到细化,但晶体生长速度变慢。