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ABS树脂是一种量大面广的高性能基础树脂,因其优异的综合性能被广泛应用于汽车工业、办公机器、家用电器以及玩具等领域。目前我国作为世界上最大的ABS消费国,消费量己超过400万吨/年,占全世界消费量的一半以上。而国内的生产能力仅不足200万吨/年。由于国产ABS树脂普遍存在增韧效率差,性能不稳定等缺点,高性能ABS树脂几乎完全依赖于进口。因此为了提高ABS冲击改性剂的增韧效率,需要对ABS的制备工艺和影响其增韧效率的因素(如接枝率、橡胶相结构特征及组成等)进行深入研究。 本工作以制备高性能ABS树脂和耐候性ABS(ASA)/PA-6合金为背景,从ABS树脂的设计合成和性能出发,重点研究了ABS制备工艺中的氧化还原引发体系的引发机理,橡胶的粒径与增韧效率,以及协同作用机理等基础问题,取得如下有意义的研究成果: 1.确定了氧化还原引发体系异丙苯过氧化氢/硫酸亚铁/乙二胺四乙酸钠盐/甲醛合次硫酸氢钠(CHP/FES/EDTA/SFS)的引发机理为CHP与FES通过扩散在界面引发。体系中的主反应为CHP与SFS反应生成初始自由基和酸离子,而亚铁离子仅仅充当二者之间的媒介。确定了体系中各组分的最佳配比,并对前人研究中发现的“极限转化率”问题,从实际络合常数和反应速率角度进行创新性解释。研究发现,SFS的初始加入量在此引发体系中起到至关重要的作用。 2.通过研究ABS接枝共聚物中的接枝行为,发现SAN共聚物的接枝行为分为内接枝和外接枝两种,二者共同决定ABS树脂的综合性能;通过调节接枝共聚物的核壳比和分子链调节剂用量实现了对接枝共聚物内部形态的优化,进而提高了其增韧效率。 3.通过研究丁二烯乳液聚合,确定了聚丁二烯胶乳粒径的影响因素为体系水单比、乳化剂用量、电解质用量以及分子链调节剂用量。其中水单比和电解质用量的变化不仅影响聚丁二烯的粒径还影响其增长方式。将所制备的不同粒径的ABS树脂的进行力学性能表征发现,具有最佳增韧效率的ABS树脂的橡胶粒径为420nm。 4.双峰分布的ABS树脂的协同作用机理研究发现,ABS树脂的形变机理分为初期形变机理和后期形变机理。银纹和空洞化为初期形变机理,而基体发生剪切屈服为后期形变机理。银纹和空洞化为提高ABS树脂性能的手段,而基体发生剪切屈服为本研究的最终目的。确定了微米级橡胶粒子(L-PB)与亚微米级实心橡胶粒子(S-PB)最佳配比为1/9;确定了不同形态结构和橡胶粒径的ABS树脂的形变机理;协同增韧机理为L-PB在形变过程中先引发银纹和界面剥离,吸收断裂能,为S-PB粒子充分空洞化创造前提,而S-PB粒子发生空洞化进一步促使L-PB引发银纹,二者协同作用促使基体发生剪切屈服。 5.采用乳液聚合方法,制备出马来酸酐(MAH)官能化的ASA接枝共聚物,将其应用于对尼龙6的共混增韧研究,所制备的ASA/尼龙6性能优异。研究发现,马来酸酐可以与尼龙6的端基发生明显的增容反应,改善接枝共聚物与尼龙6之间的界面性质,最终影响共混物的力学性能。橡胶粒子的空洞化和基体的剪切屈服为其主要增韧机理。