瓶聚合

科技工作者之家 2020-11-17

瓶聚合即塑料瓶用的聚合物。

超支化聚合物具有不规则三维球状结构,且一些官能团分布多呈不均一分散,有很多线性结构单元等特点,使得超支化聚合物的分子量分布较宽。

超支化聚合物的加入,更大程度体现在对通用塑料与工程塑料的加工方式和应用性能等方面。提高了塑料的柔韧性,使其在加工过程中具有一定的流动性,解决了塑料硬化难以加工等问题;提高了塑料的结晶度,使塑料制品的力学性能提高;有效增容共混物,增强了复合材料的界面相容性和力学性能。

超支化聚合物的合成及特性近十年来,超支化聚合物已经成为合成化学中的一个新热点。目前,比较成熟的合成方法是单体缩聚法,比如超支化的聚酰胺、聚碳酸酯等均采用这种合成方法。另外,还发展了自缩合乙烯基聚合法,能够很好地避免交联反应和凝胶的发生,比如超支化型聚苯乙烯类、聚胺类、聚酯、聚醚等有通过该方法制备的报道。除此之外,还有常见的开环聚合法,其操作简单,副产物低,是制备超支化聚胺、聚酯、聚醚主要的合成方法。

超支化聚合物具有不规则三维球状结构,且一些官能团分布多呈不均一分散,有很多线性结构单元等特点,使得超支化聚合物的分子量分布较宽,支化度在之间。结构方面虽然不如树枝状聚合物完美,但继承和发展了树枝状聚合物的一些特性,如溶解性好,溶液和熔融黏度低,且具有大量末端官能团和分子内空隙结构等。另外,超支化聚合物还具有合成过程简单,可以实现一步法,自身产率高,价格低,易工业化生产等优势,超支化聚合物的这些特点无疑为更好地实现工业化、大批量生产创造了条件。1

超支化聚合物对塑料的增塑作用随着汽车、电子和建筑等行业的迅速发展,我国塑料行业已进入快速发展期,因此在“十三五”期间,探索研究出改性材质的塑料,满足市场对中高档产品的需求,打破依靠进口的技术垄断,成为今后研究的主要方向。塑料主要分为通用塑料和工程塑料。通用塑料主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯和氨基塑料等,其产量占整个塑料产量的以上,它们都是热塑性塑料。工程塑料主要包括聚酰胺、聚碳酸酯、热塑性聚酯、聚甲醛、聚酰亚胺等。

研发和加工高性能塑料产品是现今社会对塑料领域提出的重大课题和挑战。高性能塑料加工过程中往往会遇到加工流动性差、聚合物难以共混等困难,以下我们分别从通用塑料和工程塑料的角度阐述超支化聚合物在塑料中作为增塑助剂的应用研究进展。

1、增塑超高分子量聚乙烯

超高分子量聚乙烯的分子量通常大于5万,因其具有优异的耐磨损性、抗冲性、耐低温、低摩擦系数、吸水率低、耐化学腐蚀、电绝缘等特性引起了人们的广泛关注。由于具有很长的分子链,熔体黏度很高,给成型加工带来很大困难。为了改善的加工流变性,王亓超等将超支化聚酯酰胺和线型低密度聚乙烯与共混,研究了不同配比共混体系的流变行为。在加工高聚物熔体、高聚物流体等假塑性流体的过程中,该共混体系的表观黏度随着剪切速率的增加而降低,且用量的增加使得体系的表观黏度降低,而用量的增加有利于体系表观黏度提高。齐东超等采用超支化聚合物来改善的加工流动性,当用量为时,对分子量为2万的进行熔融,通过形态观察,发现分子极易在混合熔体表面富集,说明通过降低混合熔体的表观黏度可改善的加工流动性。

2、增塑聚氯乙烯

聚氯乙烯是五大通用塑料之一,具有优良的综合性能,广泛应用于建筑、包装、绝缘、防腐等领域。但由于对光、热的稳定性较差,易发黄变脆,还有加工性能和综合使用性能较差等不足,因此需对其进行改性,有专家和学者通过加入超支化聚合物对进行改性,取得了良好的效果。

超支化聚合物的加入,能够在一定程度上改善熔体的表观黏度,可在较低温度下对进行加工,避免了的热降解。刁建志等研究了不饱和超支化聚酰胺酯流变行为和玻璃化转变温度的变化。结果表明,在一定用量范围内,熔体的表观黏度高于纯的熔体表观黏度,特别是当用量为7份时,共混物熔体的表观黏度达到最大值。

赵辉等研究了超支化聚胺酯的分子量和用量对共混体系冲击性能和流变性能的影响。1

超支化聚合物对塑料的结晶作用化学结构、链柔性、分子间作用力均影响聚合物的结晶行为。

聚合物结构越规整,链柔性越好,空间位阻越小越容易结晶。很多工程塑料由于其较为复杂的结构,影响了聚合物的结晶行为,导致产品结构和性能不理想。聚对苯二甲酸乙二醇酯是热塑性聚酯中最主要的品种,俗称涤纶树脂。属结晶型饱和聚酯,主链上存在刚性苯环结构,这些结构导致其不易结晶,注塑成型的温度较高、成型周期长、尺寸收缩率大,从而限制了其在工程塑料领域中的应用。因此,不少专家和学者在对的结晶改性方面进行了大量研究,提高的结晶速率是研究领域的重要课题之一。刘晶如等研究了不同端基的超支化聚酯对结晶行为的影响,发现的加入并没有改变的结晶成核机理和生长方式。端羟基超支化聚酯的加入使得的结晶速率变慢,对晶体生长起到了抑制作用;而端十六烷基超支化聚酯在中起到了很好的结晶促进剂作用,能够促进结晶。端苯基超支化聚酯的加入既保证了具有成核剂的作用,同时还可以发挥端苯基的结晶促进剂作用,因而更有利于结晶,并且发现的第三代超支化聚酯对的结晶促进能力最强。此外,宁萌、李林等研究了超支化聚合物对聚甲醛结晶行为的影响。

超支化聚合物具有大量官能团化的支化链段,流动性好,可以对聚合物进行增塑改性,加快结晶速率,提高其结晶度,增强其力学性能等;同时可以通过调控支化链末端基团,达到对聚合物结晶的可调控性,这对塑料加工的多样性提供了发展方向。1

超支化聚合物对塑料共混的增容作用由于聚合物之间存在极性差异,使得其共混物的力学性能降低,实用价值也大打折扣。因此提高共混物的相容性是使其具有优良特性的重要保障。常见的提高共混体系相容性的方法是在共混体系中添加增容剂,增容剂的加入可以有效降低共混体系的界面张力,在两相界面之间发挥作用,使得共混物更好地分散在两相中。

超支化聚合物改性线型聚合物也成为塑料增容改性研究领域的热点之一。杨树等研究了两亲性超支化聚胺酯对共混体系的增容作用,结果表明,加入2份时,共混体系的相容性可大幅提高,且其拉伸强度和断裂伸长率均提高了。共混体系的绝对复数黏度随着用量的增加而降低;扫描电子显微镜分析表明,的加入可使和的界面产生相互黏结作用,共混体系中分散相的尺寸大大降低,有利于共混物的成型加工。

傅武兴等采用原位悬浮聚合法制备了聚苯乙烯超支化聚酰胺酯复合粒子,并用双螺杆共混挤出三元共混物。结果表明,为热力学不相容体系,少量的加入可改变的球晶结构,使球晶小而密,同时均匀分散;引入使得的晶体结构更加完善,结晶温度和结晶度提高;引入复合粒子对纤维的可纺性影响不大,但可在很大程度上改善的力学性能,同时,染色性能也明显提高。刁建志等研究了超支化聚酰胺酯对共混体系的增容作用。结果表明,的加入可有效改善共混体系的相容性。当用量为2份时,共混物的拉伸强度提高,冲击强度降低。扫描电子显微镜测试结果表明,可明显改变共混物的形态结构,增强了的界面黏结作用,减小了共混体系的相分离程度。

在提高塑料制品加工性能的同时,有效提高了制品的力学强度,提升了产品的质量,这些特点使得超支化聚合物在塑料科技发展中,能够发挥越来越重要的作用。今后在超支化聚合物领域,应该不断着眼于合成方法的研究,将产业化和简单廉价的工艺手段放在重点研究之列;还应注重多领域的交流合作,不断开发超支化聚合物在各个领域潜在的应用价值,如生物医学、纳米新材料、基因工程、光学等,从而赋予超支化聚合物新的使命。1

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学

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