聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)的增韧增强改性及其机理研究

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聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)是近年才获得工业化生产的一种新型热塑性聚酯,它具有优良的弹性、尺寸稳定性、低吸水性、耐磨及抗污等性能。与同系列的聚酯相比较,PTT与PET的强度、硬度相似,但又同PBT一样易于加工。由于其综合性能优异,被认为是21世纪很有希望的一种新型聚酯材料。在工程塑料领域极具应用潜力,可广泛应用在汽车、电子、电器等行业。但纯PTT的缺口冲击强度低、缺口敏感性大的缺陷,将极大地限制其应用范围的进一步扩大。弹性体能使聚合物的韧性得到极大改善,而单纯采用弹性体增韧,材料普遍存在“高韧低强”的缺点,如何使PTT材料同时具有良好的韧性和强度日益引起国内外研究者的关注。本文在传统的弹性体增韧PTT的基础上,采用弹性体分别与无机纳米刚性粒子或聚丙烯并用,以及在相容剂存在下,“壳—核”粒子对PTT进行增韧增强改性,研究了共混体系的力学性能与微观结构及其相互关系,力图制备出同时具有高韧高强的PTT改性材料,主要研究内容及结果如下:(1)采用三种不同的马来酸酐接枝的弹性体(POE-g-MA、EPDM-g-MA及其SEBS-g-MA)对PTT进行增韧改性,制备出PTT复合材料。对三种复合材料的力学性能进行对比并研究了其结构形态与力学性能的关系。研究结果表明:PTT/POE-g-MA较PTT/EPDM-g-MA共混物具有更低的平衡转矩和较高的熔体流动速率。POE-g-MA和EPDM-g-MA增韧PTT,共混物的缺口冲击强度有显著的提高,分别从4KJ/m2增加到24.6KJ/m2和16.9KJ/m2,而用SEBS-g-MA增韧PTT,其缺口冲击韧性的改善作用并不明显。试样缺口冲击断裂形貌分析表明,SEBS-g-MA的断裂表面光滑平整,是典型的脆性断裂;而PTT/POE-g-MA共混物的断裂表面粗糙,呈现典型的韧性断裂。根据Wu的临界基体层厚度判据,PTT/POE-g-MA共混体系临界基体层厚度Tc为0.798μm。(2)马来酸酐接枝的三元乙丙橡胶(EPDM-g-MA)和有机蒙脱土(OMMT)的协调作用增韧增强PTT。分散相EPDM-g-MA粒子均匀地分布在PTT基体中且平均粒子粒径尺寸在体系中随有机蒙脱土含量的增加呈先增加后减小的趋势。大部分OMMT被剥离成独立片层,均匀分布于EPDM-g-MA中,形成了含核—壳结构特征相包容粒子。OMMT在三元纳米复合材料中对EPDM-g-MA阻隔作用不显著,从而使分散相的粒径尺寸增大。较多有机蒙脱土纳米颗粒的存在使得熔体状态下的高聚物链的流动受到了阻碍导致复数粘度的增加从而使分散相EPDM-g-MA平均粒径尺寸减小。弹性体的加入提高了高聚物基体的韧性,OMMT的加入,三元复合体系的刚性比两元复合体系有明显提高,表明OMMT具有补强作用。(3)将马来酸酐接枝乙烯—辛烯共聚物弹性体(POE-g-MA)与聚丙烯(PP)通过熔融共混,制备不同含量PP的增韧改性剂。考察增韧改性剂的种类及其用量对共混体系的力学性能、相形态的影响,并探讨了相形态形成的机制。相形态分析表明,增韧剂分散在PTT基体中呈现为一种“软壳—硬核”的包覆结构。POE接枝的马来酸酐与PTT的端羟基发生反应,从而降低了壳层POE-g-MA与基体PTT的界面应力,使λPOE-g-MA/PP>0,形成了POE-g-MA包裹PP形态。对于PTT/E90P10和PTT/E70P30共混体系,体系在增韧剂含量为10wt%时发生脆—韧转变,且PTT/E70P30共混体系的冲击强度比PTT/POE-g-MA共混体系的冲击强度略有下降。(4)以PMMA为壳,聚丙烯酸丁酯(PBA)为核的“壳—核”型聚合物作为冲击改性剂(MB),并以双酚A型环氧树脂(DGEBA)为增容剂,通过反应共混法制备PTT/"壳—核”型聚合物共混合金。当加入相容剂DGEBA时,可使PTT与MB之间相容性提高。PTT的端羟基与羧基与DGEBA环氧官能团发生反应导致共混体系动态扭矩显著提高。当加入DGEBA后,共混体系的拉伸强度,模量和断裂伸长率都显著增加,共混体系的缺口冲击强度显著提高,并随DGEBA的含量的增加而增加。(5)在相容剂DGEBA存在下,分析了以PMMA为壳,聚丙烯酸丁酯(PBA)为核的“壳—核”型聚合物对PTT的增韧机理。在PTT/"壳—核”型聚合物共混体系中“壳—核”型聚合物粒子产生空洞化,“壳—核”型聚合物增韧PTT的机理是“壳—核”型聚合物核层粒子空洞化与基体的剪切屈服协同作用。
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