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用二元乙丙橡胶(EPM)与苯乙烯-丙烯腈(St-AN)进行悬浮接枝共聚反应,合成了EPM接枝St-AN共聚物(EPM-g-SAN),用其与SAN树脂共混制备了耐老化黄变高抗冲塑料AES。由于EPM分子链上不含碳.碳双键,故AES具有优异的抗热氧老化和抗老化黄变性能,可以作为工程塑料使用,代替现有的ABS,这种新型高性能塑料未见国内外文献报道。本文首次用悬浮法合成了接枝共聚物EPM-g-SAN,并将其与SAN树脂共混制备高抗冲AES树脂。系统研究了聚合条件对接枝反应行为和EPM-g-SAN对SAN树脂增韧效率的影响因素,AES相结构与增韧机理的关系,AES的热性能及流动速率。与溶液法合成聚烯烃弹性体、接枝聚乙烯基单体聚合物相比,悬浮法具有溶剂用量少,接枝体系单体转化率(CR)、接枝率(GR)和接枝效率(GE)高,产物回收后处理及溶剂回收提纯工艺简便,产物对SAN树脂增韧效率高等显著优点。EPM属饱和弹性体,与不饱和弹性体相比更难发生接枝反应。因此本课题的研究具有重要的理论意义和实践意义。
本文系统研究了EPM/St-AN悬浮接枝反应体系的CR、GR和GE及接枝产物EPM-g-SAN对SAN树脂增韧效率与聚合反应条件的关系,确定了对SAN树脂增韧效率最高的EPM-g-SAN的最佳合成条件。结果表明,当St/AN配料质量比为65/35、EPM/St-AN配料质量比为60/40,接枝反应体系的CR、GR和GE分别为92%、45%和27.6%。在此条件下合成的EPM-g-SAN对SAN树脂的增韧效率最高,用其制备的AES的悬臂梁缺口冲击强度达到53.2kJ/㎡。
用FTIR定量分析法建立了EPM-g-SAN的g-SAN(包括接枝链SAN与非接枝共聚物SAN)的St单元/AN单元共组成质量比与St/AN配料质量比的定量关系,发现在EPM-g-SAN的g-SAN中AN单元的平均组成比小于AN单体的配料比,而AN单元在接枝链SAN中的组成比小于在非接枝共聚物SAN中的组成比;当g-SAN所含接枝链的组成与非接枝共聚物的组成接近时,其EPM-g-SAN对SAN树脂的增韧效率最高。通过EPM/St-AN悬浮聚合体系的CR、GR与GE随反应时间的变化规律的研究,发现反应的第一阶段主要是接枝反应生成接枝共聚物,第二阶段是非接枝共聚反应生成非接枝共聚物。
用现代测试方法分别对AES的结构与性能进行了系统研究。透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明,影响AES相结构和增韧机理的主要因素是EPM-g-SAN的接枝链的极性。以St/AN配料质量比为65/35、EPM/St-AN配料质量比为60/40合成的EPM-g-SAN具有极性适宜的接枝链,在AES中EPM相以径向尺寸为0.15~0.3μm的条形结构形成的近连续相存在,其增韧机理为剪切屈服机理,因此AES具有良好的抗冲韧性。示差扫描量热分析法(DSC)和弹性粘弹谱分析法(DMA)分析表明,EPM-g-SAN与SAN树脂具有良好的相容性。TG/DTG分析表明,在EPM-g-SAN中AN单元含量和在AES中EPM含量的增加都有利于提高AES的热稳定性。
AES的流动速率研究表明,共混物中EPM含量越小,其流动性能及加工性能越好。人工气候加速老化试验表明AES比ABS具有更好的抗紫外老化性能。
EPM-g-SAN是一类新型的增韧剂;AES是一类耐老化黄变性能优异的新型高抗冲塑料。用悬浮法合成这类新型增韧剂及用其制备新型塑料在国内外尚属首次,具有理论研究意义和工业开发价值。