反應擠出聚丙烯接枝腰果酚的研究

《反應擠出聚丙烯接枝腰果酚的研究》是依託福建師範大學，由陳欽慧擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：反應擠出聚丙烯接枝腰果酚的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳欽慧
• 依託單位：福建師範大學

項目摘要

以量大價廉的天然可再生腰果酚為單體，利用反應擠出法製備聚丙烯接枝腰果酚，使聚丙烯兼具酚羥基、芳烴基和脂肪烴基，從而在改善聚丙烯的加工性能、表面性能和耐老化性能的同時，解決反應擠出過程中聚丙烯的降解問題。系統研究引發劑、助催化劑、單體用量、螺筒溫度、螺桿轉速與結構等對接枝率和熔體流動速率的影響；構建具有強剪下場、溫度場、壓力場和瞬間粘度巨變的螺桿擠出機中反應擠出聚丙烯接枝腰果酚的反應動力學，探索聚丙烯接枝腰果酚的接枝機理，著力於製備出接枝率較高的聚丙烯接枝腰果酚，增加聚丙烯表面的活性點，提高其表面能；確定聚丙烯接枝腰果酚的接枝率－形態結構（結晶）－材料最終性能（流變性能、力學性能、耐老化性能和加工性能）之間定性和定量的關係，為性能需求與製備之間架構橋樑。本研究為解決聚丙烯熔融接枝過程中的降解問題提供了理論和科學實驗依據；也對增加聚烯烴改性劑新體系具有積極的促進作用。

結題摘要

以量大價廉的天然可再生腰果酚為單體，利用反應擠出法製備聚丙烯接枝腰果酚，使聚丙烯兼具酚羥基、芳烴基和脂肪烴基，從而在改善聚丙烯的表面性能、加工性能和耐老化性能的同時，解決反應擠出過程中聚丙烯的降解問題。研究了聚丙烯接枝腰果酚的有效條件及其接枝機理、短時間內粘度急劇變化的螺桿擠出機中體系的反應動力學以及接枝產物的結構與性能。結果表明，利用HAAKE Polylab Rheomix PTW 24/28同向平行雙螺桿擠出機，每100 g聚丙烯（PP）使用7 g腰果酚（cardanol）和0.2 g過氧化二異丙苯，在螺筒溫度180 ℃、螺桿轉速30 r/min條件下可製得接枝率較大、PP主鏈降解較少的聚丙烯接枝腰果酚，接枝產物中未反應的腰果酚無需後處理。經鈦酸酯偶聯劑濕法改性後的稀土氧化物粒子與引發劑具有協同效應，能夠促進接枝反應的進行，還能改善接枝產物的力學性能和耐老化性能，其中氧化釤、氧化鉺的效果較好。將粘度較大的聚丙烯和腰果酚從第一加料口加入，預先熔融混合均勻後，粘度較小的引發劑從第二加料口加入，立即引發熔體發生接枝反應，有利於改善接枝產物的力學性能。螺桿熔融段採用一段式捏合塊使物料所受的剪下力較大，採用兩段式捏合塊有利於分步加料；均化段採用兩段捏合塊末端加一塊反向輸送螺紋元件可以延長物料在螺筒中的停留時間，並為物料在強剪下作用的同時提供一個熔融鬆弛的過程。聚丙烯接枝腰果酚的形成源於腰果酚的不飽和側鏈雙鍵，反應過程中沒有發生交聯副反應，其初始階段的接枝反應速率為Rg=kg[M•][ cardanol],其中表觀接枝反應速率常數kg先隨溫度的升高而增大，超過臨界反應溫度（200 ℃）後，開始減小。聚丙烯接枝腰果酚中的腰果酚側鏈促進了PP球晶的生長，降低了PP的加工溫度，改善了PP的流變性能和耐老化性能。含有5 wt%腰果酚的接枝產物樣條加速輻照480 h後，其屈服強度、拉伸強度和斷裂伸長率基本不變。接枝產物對PP/PC、PP/PA6、PP/PS、PP/ABS以及竹塑複合材料具有優良的增容作用和很好的抗老化作用。本研究確定了聚丙烯接枝腰果酚的接枝率－形態結構（結晶）－材料最終性能（流變性能、力學性能、耐老化性能和加工性能）之間定性和定量的關係；為解決聚丙烯熔融接枝過程中的降解問題提供了理論和科學實驗依據；也對增加聚烯烴改性劑新體系具有積極的促進作用。