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本体聚合反应挤出是指以螺杆挤出机为反应器,在无溶剂或者只含极少量的溶剂的条件下直接使单体本体聚合为高聚物的一种聚合反应技术。本文以紧密啮合同向双螺杆挤出机为聚合反应器,苯乙烯(S)、丁二烯(B)为聚合单体,研究了反应挤出本体活性聚合的机理以及多种因素对反应挤出S/B共聚物结构和性能的影响。
采用H2O2/OsO4体系对S/B反应挤出共聚物中的双键进行选择性氧化降解,通过多检测GPC对S/B共聚物降解前后的试样进行表征,结果表明,S/B混合单体反应挤出聚合机理与传统的阴离子聚合机理不同:S/B混合单体进入挤出机后,丁二烯汽化脱离反应体系,首先聚合的主要是苯乙烯,待PS聚合到一定熔体粘度足以包裹住丁二烯气泡后,丁二烯才大量进入熔体中参与聚合形成S/B共聚物。采用DMA以及TEM对S/B共聚物进行了相组成及相形态的研究。
开展了苯乙烯/丁二烯(S/B)混合单体一次加料阴离子本体共聚合反应挤出研究,采用1H-NMR、GPC、DMA以及力学测试等表征技术研究了螺杆转速、单体流量以及聚合温度等工艺条件对反应挤出S/B共聚物结构和性能的影响,结果表明,这些因素的变化对反应挤出S/B共聚物结构和性能的影响很大。
分别采用低沸点的四氢呋喃(THF)和高沸点的二乙二醇二甲醚(2G)作为极性调节剂,研究了极性调节剂的沸点差异对反应挤出S/B共聚物结构和性能的影响,结果表明,对于THF/BuLi系,随着THF/BuLi的增加,分子链中长嵌段聚苯乙烯(PS)的含量逐渐降低,共聚物的拉伸强度逐渐降低;而对于2G/BuLi体系,随着2G/BuLi的增加,分子链中长嵌段PS的含量在2G/BuLi=0.1处出现极大值,共聚物的拉伸强度也在2G/BuLi=0.1处出现极大值。
分别采用[S/B混合单体+S]的两段加料方式和S/B混合单体一次加料方式,合成了分子量和丁二烯含量相近的反应挤出两段加料和一段加料S/B共聚物,对共聚物结构及其性能进行了研究,结果表明与一段加料合成的样品相比,两段加料合成的样品分子链中,长嵌段:PS的含量显著增加,分散相的尺寸也明显增大,相分离趋势增强,拉伸强度增加。
在反应挤出S/B混合单体共聚体系中加入少量的异戊二烯(I)单体,研究了异戊二烯的含量的变化对反应挤出S/B/I共聚物的结构和性能的影响,结果表明,在二烯烃总的质量含量不变的条件下,随着二烯烃中异戊二烯含量的增加,S/B/I共聚物分子链中较长PS嵌段的分子量及其含量逐渐降低,拉伸强度逐渐降低,无缺口冲击强度逐渐上升。