《聚丙烯用均苯三甲酸類成核劑結構與性能的關係研究》是依託長沙理工大學，由張躍飛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：聚丙烯用均苯三甲酸類成核劑結構與性能的關係研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張躍飛
- 依託單位：長沙理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
添加成核劑是改善聚丙烯性能的最有效方法之一，開發新型、高效、低成本的成核劑對於聚丙烯的高性能化具有重要的意義。本申請擬通過分子設計製備一系列具有不同金屬離子的均苯三甲酸金屬鹽及具有不同取代基的醯胺衍生物類成核劑，製備其單晶，解析其晶體結構和空間構型。對於很難獲得單晶的成核劑，採用晶體粉末X-衍射和固體核磁共振數據並結合蒙特卡洛模擬對晶體結構和空間構型進行解析。採用微電子拉力機、DSC、 POM等手段研究不同成核劑及不同晶體結構對聚丙烯力學性能、光學性能、結晶行為以及微觀形態的影響，系統研究一系列不同成核劑的化學結構及晶體結構與其在聚丙烯中成核效應之間的關係，從而解明該類成核劑在聚丙烯中的作用機理，為新型、高效成核劑的開發奠定一定的理論基礎。相信本項目研究工作的完成，將為今後成核劑的分子設計和聚丙烯的晶態調控提供理論基礎和實驗數據，對我國的聚丙烯材料實現高性能化和多功能化起到一定的促進作用。
結題摘要
添加成核劑是改善聚丙烯性能的最有效方法之一，開發新型、高效、低成本的成核劑對於聚丙烯的高性能化具有重要的意義。本項目首先合成了一系列具有不同金屬離子的均苯三甲酸金屬鹽以及具有不同胺基取代基的均苯三甲醯胺類成核劑，採用FT-IR、NMR對其結構進行了表征。然後研究了所製備的各種成核劑對聚丙烯結晶和熔融行為的影響，發現該類成核劑可明顯提高聚丙烯的結晶峰溫度，降低聚丙烯的半結晶時間，加快結晶速率，成核效果優良。尤其是均苯三甲醯三（環己胺）（BTA-99）和均苯三甲醯三（苯胺）（BTA-93）在非常低的添加濃度（BTA-99為0.04wt%，BTA-93為0.07wt%）下就具有很好的效果，可分別使聚丙烯的結晶峰溫度提高7.0℃和5.7℃。然後，我們採用蒸汽擴散法培養了均苯三甲醯三（苯胺）的單晶，採用單晶X-射線衍射儀對其晶體結構進行了解析，得到了其晶胞參數，發現BTA-93與聚丙烯之間具有良好的晶格匹配關係，BTA-93晶胞b軸的長度（2.6937 nm）大約是iPP晶胞a軸長度（0.655nm）的4倍，失配率為2.81%，可發生良好的附生結晶關係，促使聚丙烯的大分子鏈可以在BTA-93晶體表面發生異相附生結晶，從而降低了形成臨界晶核所需的成核自由能壘，可以起到明顯提高聚丙烯結晶峰溫度、加快結晶速率以及縮短半結晶時間的作用。採用Avrami理論和Lamberti計算模型研究了等溫結晶條件下BTA-93以及BTA-99成核聚丙烯等溫結晶動力學，並計算了不同情況下成核聚丙烯的晶核密度。在相同結晶溫度下，BTA-93和BTA-99的加入顯著提高了聚丙烯的結晶速率。通過Lamberti計算模型得出，隨著結晶溫度的增加，空白iPP和改性iPP晶核密度明顯發生下降，其中改性iPP晶核密度下降幅度比空白iPP低。在相同結晶溫度下，與HPN-68改性聚丙烯相比，BTA-93和BTA-99改性聚丙烯晶核密度較高。偏光顯微鏡（POM）觀測結果表明，與空白iPP相比，成核劑BTA-93和BTA-99的加入顯著降低球晶的尺寸，提供更多的晶核。最後採用各種不同方法研究了該類成核劑改性聚丙烯的非等溫結晶動力學，得到了各種不同結晶動力學參數，為成核機理的研究奠定了一定的基礎。
