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作者：

梁秋实

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摘要：

马来酸酐接枝聚丙烯在众多领域具有广泛的应用,然而在其熔融制备过程中存在两个重要的问题:一方面聚丙烯断链降解严重,另一方面马来酸酐的接枝率难以提高.针对这些问题,本文首次通过引入氧化石墨烯有效地抑制了聚丙烯的断链降解,同时又结合苯乙烯共接枝单体保持较高的马来酸酐接枝率,实现了对马来酸酐熔融接枝聚丙烯断链降解和接枝的有效调控.本文系统研究了氧化石墨烯与马来酸酐的相互作用,以及引发剂含量,马来酸酐含量,苯乙烯含量,氧化石墨烯的添加量和混炼温度等对马来酸酐或苯乙烯-马来酸酐熔融接枝聚丙烯的降解和接枝的影响,最后考察了接枝产物在玻纤增强聚丙烯复合材料中的增容应用.主要研究内容和结论如下:(1)氧化石墨烯和马来酸酐的相互作用:利用红外光谱法,X-射线衍射法和热失重法表征了氧化石墨烯和马来酸酐之间的相互作用.研究表明,氧化石墨烯与马来酸酐之间存在氢键作用或能够发生酯化反应,导致马来酸酐插入氧化石墨烯层间或吸附在其表面;同时,氧化石墨烯和马来酸酐之间的氢键作用或酯化反应均能导致马来酸酐中碳-碳双键的电子云密度增大,以及马来酸酐稳定的五元环结构发生改变,热稳定性下降.(2)氧化石墨烯对马来酸酐熔融接枝聚丙烯的影响:马来酸酐熔融接枝聚丙烯中,少量氧化石墨烯的加入能够大幅抑制聚丙烯的断链降解,但同时也能显著降低马来酸酐的接枝率.这一作用的机理在于,物理混合及熔融共混过程中,氧化石墨烯和马来酸酐由于氢键作用或酯化反应形成氧化石墨烯/马来酸酐复合物,该复合物能够快速淬灭聚丙烯叔碳自由基(PP_3·),使其不再发生β-断裂,因而聚丙烯的分子链断裂降解受到抑制;但同时随着PP_3·数量的减少,能够与马来酸酐单体发生接枝反应的PP_3·及其β-断裂产生的聚丙烯链端自由基的数量也随之减少,导致马来酸酐的接枝率显著下降.(3)氧化石墨烯对苯乙烯-马来酸酐熔融接枝聚丙烯的影响:苯乙烯-马来酸酐熔融接枝聚丙烯中,少量氧化石墨烯的加入不但能大幅抑制聚丙烯的断链降解,同时也能保持较高的马来酸酐的接枝率.这一作用的机理在于,熔融共混过程中,PP_3·被氧化石墨烯/马来酸酐复合物淬灭,导致接枝产物的降解被抑制;同时,苯乙烯(St)能够接枝到PP_3·上形成PP_3-St·,苯乙烯的碳-碳双键和苯环共轭结构中丰富的电子云使PP_3-St·的稳定性和活性提高不少,使其既不再发生β-断裂又难以被氧化石墨烯/马来酸酐复合物淬灭,并且马来酸酐容易与苯乙烯以交替共聚的形式接枝到PP_3-St·上,导致马来酸酐的接枝率保持在较高水平.(4)马来酸酐接枝聚丙烯对玻纤增强聚丙烯复合材料的影响:通过注塑手段使用本文制备的马来酸酐接枝聚丙烯对玻纤增强聚丙烯复合材料实现了有效增容,且增容效果优于商品化马来酸酐接枝聚丙烯.同时对于玻纤增强聚丙烯复合材料而言,在本论文研究范围内,具有较高熔指和较高接枝率的马来酸酐接枝聚丙烯能够取得较好的增容效果.

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关键词：

聚丙烯；马来酸酐；苯乙烯；氧化石墨烯；熔融接枝；降解

学位级别：

硕士

DOI：

CNKI:CDMD:2.1017.121509