如何用血液流变学检查手段证明反应性增容的共聚物产生于相界面

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申请上海交通大学硕士学位论文 聚合物反应共混过程的研究 学
校: 上海交通大学 院
系: 化学化工学院 班
级: B0711091 学
号: 10座机电话号码 硕 士 生: 周伟 专
业: 高分子化学与物理 导
师: 俞炜(教授) 上海交通大学化学化工学院 2010 年 1 月
A Dissertation Submitted to Shanghai Jiao Tong University for the Degree of Master STUDY OF POLYMER REACTIVE BLENDING PROCESS Author :Zhou Wei Specialty: Polymer Chemistry and Physics Advisor: Prof. Yu Wei School of Chemistry and Chemical Engineering Shanghai Jiao Tong University Shanghai, P. R. China January, 2010 聚合物反应共混过程的研究 摘
要 聚合物共混物的性能与其微观相形态结构和各组分的性能密切
相关,而相形态又与各组分之间的相对含量和加工过程中经历的流场
有关,因此研究相形态和流场特性对聚合物共混物流变性能的影响,
有助于指导实际加工实践。 现有的数学模型使人们能够将具有“海- 岛”结构的聚合物共混
物的流变特性和共混物的微观结构形态特性较好的关联起来;而对于
具有“双连续”结构的共混物,现有的模型,如 Veenstra 模型,尽管
在某些情况下能够得到与实验数据吻合的较好的实验结果,但是,由
于它没有考虑到不相容聚合物之间界面张力的存在,采用此模型得到
的拟合结果通常会低估共混物的动态模量。本文提出了一 Veenstra 模
型的改进模型,使得线性粘弹性能和“双连续”共混物的结构信息相
关联。“双连续”结构共混物的动态模量由组分和界面的贡献构成。
界面的贡献,在共混物的流变行为中是最主要的,能够通过简化的“双
连续”结构计算得到。通过模型结果与实验结果的对比,证明了“双
连续”结构形态和线性粘弹性
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反应性增容备纳米sio&,2&聚丙烯复合材料.pdf198页
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反应性增容备纳米sio
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中山大学博士学位论文 反应性增容制备纳米Si02/聚丙烯复合材料 专 业:高分子化学与物理 博士生:周红军 指导教师:章明秋教授 容敏智教授 摘 要 无机纳米粒子填充改性聚合物因其具有重要的理论意义和应用价值而成为
近些年迅猛发展的一个研究领域。利用常规共混方法,将纳米无机粒子直接分散
到聚合物中,无疑是最方便、经济的方法,但有两个问题急需解决:一是纳米粒
子在基体中易团聚、难分散的问题;二是纳米粒子与基体的粘结。 反应性增容技术作为聚合物共混常用的一种手段得到了广泛的应用,其原理
是在熔融加工过程中原位生成接枝或嵌段共聚物而在两相之间产生比纯物理作
用更强的相容性和界面粘结。据此原理,如在无机纳米粒子的表面引入反应性基
团,并使其在熔融共混过程中与聚合物上的活性基团反应,应有利于发挥纳米粒
子在聚合物基体中的增强增韧效应。 基于上述思路,本研究采用溶液接枝的方法在纳米粒子表面接枝改性引入反
应性官能团,详细研究了影响接枝聚合的各因素,包括单体浓度、引发剂浓度、
进行了表征,运用DSC、FTIR等验证了接枝物的反应活性,证实了反应性增容
制备纳米复合材料的可行性。然后采用熔融接枝的办法制备了反应性增容剂。最
后将接枝了反应性官能团的Si02纳米粒子、反应性增容剂和聚丙烯 PP 经常
规熔融共混方法制各了纳米Si02/PP复合材料,系统研究了影响复合材料力学性
能的各种因素,研究了制备方法对复合材料的影响,研究了改变粒子表面接枝物
种类、接枝率以及不同反应体系对复合材料性能的影响。利用转矩流变仪、熔融
指数仪、高级扩展流变仪研究了复合材料的流变性能,通过
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共混改性的基本原理
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部分相容聚合物共混体系的流变学研究
聚合物共混材料的性能不仅与共混体系各组分的物理、化学特性以及组成配比等有关,而且与其内部结构也密切相关,因此,掌握结构与性能的关系并在此基础上通过加工有目的地控制其内部结构是设计高性能材料过程中的关键环节.在结构与性能关系的研究中,材料的流变性能一直倍受关注,这是因为它不仅能为加工成型提供必要的材料参数,而且还可提供材料内部结构方面的信息.
加工成型的精密化、自动化也迫切要求深入了解动态加工条件下聚合物共混体系的热力学特征和动力学行为.聚合物加工成型是一个远离平衡热力学的动态过程,这使得在平衡条件下得到的热力学理论不再有效,因此,研究流动条件下共混体系相结构形成和演变的规律,是实现有目的地加工成型的必要条件.
可以看出,对部分相容共混体系的流变性能以及流场影响相行为的研究不仅是多组分、多相聚合物共混体系的流变学、热力学和动力学研究中极具挑战性的课题,而且对聚合物材料的加工成型有着重要的指导意义.
本论文报告了应用小角激光散射仪(SALS)、旋转流变仪结合透射电子显微镜(TEM)对具有低临界共容温度(LCST)相行为的苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共混体系的甲衡热力学、粘弹性、相形态、相分离过程以及流场中的相行为进行的系统研究,主要内容如下:
1)应用小角激光散射技术测定了SMA/PMMA共混体系的热力学相图并应用Flory-Huggins模型对其进行了分析,得到了该共混体系相互作用参数对温度的关系表达式;应用Helfand等的方法计算得到了不同温度下SMA/PMMA相分离体系的界面张力,发现随着温度的升高,界面张力增加,与不相容体系界面张力对温度的依赖性刚好相反;探索了该共混体系经由业稳态分裂的相分离过程,并应用Cahn-Hilliard等的理论对相分离的初期、中期和后期阶段进行了分析.
2)系统研究了不同组成的共混体系在均相区和相分离区的粘弹性质,结果表明,在均相区,不同温度下共混体系的动态模量利用时温叠加规则仅通过水平位移就可以很好地叠加在一起,无论是储能模量还是损耗模量在低频末端均近似地符合经典的低频末端标度关系;而在相分离区,动态模量偏离了经典的低频末端标度关系,其中储能模量的偏离尤为明显,从而导致了时温叠加的"失效";相应地Han图、vGP图和Cole-Cole图也表现出不同于均相体系的特征;这些特征的响应可以用来表征共混体系的相容性,其中尤以Cole-Cole图方最为敏感;此外,剪切粘度对相分离也有较为明显的响应,位于中剪切速率区的粘度平台表明剪切会影响该体系的相容性.
3)应用透射电子显微镜系统研究了SMA/PMMA共混体系经过相分离所形成的两相形态结构,得到了相反转区和"海一岛"相形态"岛"相的平均半径;对比不同的流变学函数曲线形状与相形态之问的关系,发现加权松弛谱和Cole-Cole图判定相形态比动态模量更优越;基于不同的判断标准,利用流变学方法评估确定了相分离体系的相反转点(区),得到的结果与直接的形态观察基本一致.
4)应用小振幅振荡剪切(SAOS)测定了SMA/PMMA共混体系相分离温度,并分析了动态储能模量对频率响应的敏感程度以及测试方法相分离判据的差别,认为前者是造成不同的测试频率得到的相边界之间存在差异的原因,而SAOS与SALS得到的相边界不同则缘于后者;通过评估不同温度下分散相的尺度,发现通过选择合适的测试频率SAOS测试可以得到比更小的分辨尺度;结合A-jji的理论,得到了该体系的亚稳态极限温度;应用小振幅振荡剪切的动态跟踪了SMA/PMMA共混体系相分离的动力学过程,发现对于经由NG机制发生的相分离,动态储能模量先是随时间增加,达到一极大值后又逐渐减小,最后趋于常值;而对于经由SD机制发生的相分离,动态储能模量在初期下降很快,之后趋于常值;对比SALS跟踪的结果,发现应用于当前的研究体系,流变学方法对于NG相分离,即使在初期期也有很高的敏感度,但不能捕捉到SD相分离初期非常早的阶段;而对相分离的中后期,无论是对NG相分离或是SD相分离,流变学方法均有很高的敏感度.
5)将大分子构象结构流变模型、双蠕动模型和聚合物定位相互作用模型结合起来,建立了描述流场中部分相容共混体系相行为的准平衡热力学方程;新建立的模型可以很好地描述剪切流场对SMA/PMMA共混体系相行为的影响;该模型也可以半定量地描述文献报道的实验结果;由于没有引入任何调节参数,因此该模型不仅可以描述和预测流场中部分相容共混体系的相行为,而且更容易从微结构演变的角度解释流场效应.
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聚合物共混体系相分离行为和反应增容研究.pdf116页
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万方数据 聚合物共混体系相分离行为和反应增容研究 摘 要 相分离和反应增容是两种最为常见的控制共混物微观结构的方 法。通过研究相分离过程和增容反应的机理,可以实现对聚合物共混 物微观结构乃至宏观性能的控制。本文利用旋转流变仪,扫描和透射 电子显微镜 (SEM、TEM )等方法研究了二氧化硅粒子对聚甲基丙 烯酸甲酯/苯乙烯-丙烯腈共聚物 (PMMA/SAN )体系相分离的影响, PMMA/SAN 体系的相分离动力学、聚苯乙烯/ 乙烯-辛烯无规共聚物 (PS/POE )共混体系的反应增容以及 PS/PMMA 界面官能团反应, 得到的主要结果如下: 1. 采用界面引发原子转移自由基聚合 (ATRP )对二氧化硅粒子 表面进行聚苯乙烯(PS )的接枝改性,通过控制PS 链段的长度,实 现了粒子在PMMA 相和两相界面选择性分布的调控。采用光学和流 变学的方法研究了粒子及其分布对 PMMA/SAN 共混体系相图的影 响。结果表明粒子对浊点温度的影响很小,但会显著地影响流变学相 转变温度,而且这种影响具有共混物组成和粒子分布的依赖性。结合 TEM
形貌的研究发现,粒子对流变学相转变温度的影响主要体现在 两个方面:影响共混体系基体的模量或者相分离过程相结构的演变。 在近临界组成中,粒子影响的主要是体系的基体模量,尤其是低频区 域的基体模量,而在远临界组成中,粒子影响的主要是相分离过程中 I
万方数据 相结构的演变。 2.
应用旋转流变仪研究了PMMA/SAN 共混体系相分离过程中的 粘弹响应的变化。结果表明,在相分离过程中,近临界组成的共混体 系的高频模量会随着相分离时间不断上升。这种模量的上升是因为相 分离过程中共混体系相区的组成在不断地发生变化。基于此,我们计 算得到了相
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