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间规聚苯乙烯(sPS)是一种新型的工程塑料,具有丰富的结晶形态,常见的晶型为α晶和β晶,二者具有不同的物理性能。虽然sPS的结晶行为、熔融特性与晶型已有研究,但填充填料对sPS的结晶行为、熔融特性与晶型影响研究不多,研究主要集中在纤维和粘土对sPS结晶行为、熔融特性与晶型的影响,而高分子改性常用无机填料填充sPS复合材料的结晶行为、熔融特性与晶型则很少报道。
为了研究无机填料及改性无机填料对sPS结晶行为、熔融特性与晶型的影响,本文选择滑石粉(Talc)、氢氧化镁(Mg(OH)2)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)同作sPS的填料,丙烯酸(AA)、马来酸酐(MAH)、丙烯酸甲酯(MA)、丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)、苯乙烯(St)用作Talc的反应性单体,丙烯酸接枝聚丙烯(PP-g-AA)和马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)被用作Talc填充sPS复合材料的相容剂,铝酸三甲酯([Al(0CH3)3In)和γ甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)被用作Talc的偶联剂。首次用熔融法制备了无机填料填充sPS复合材料,反应性单体、相容剂与偶联剂改性Talc填充sPS复合材料。
本文用差示扫描量热仪(DSC)、广角X射线衍射(WAXD)、偏光显微镜(POM)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(IR)等多种手段研究了不同填料及含量、熔融温度(Tmax)、结晶温度(T。)与降温速率等对sPS结晶行为、熔融特性、晶型、非等温结晶和等温结晶动力学等的影响;并研究了反应性单体、相容剂与偶联剂的种类及含量对Talc填充sPS复合材料结晶行为、熔融特性与晶型的影响。主要研究结果如下:
(1)SiO2、Mg(OH)2、TiO2三种无机粒子对sPS结晶与熔融行为及晶型均无明显影响,Talc对sPS结晶存在明显的异相成核作用,使sPS结晶温度提高,并有利于β晶形成,且异相成核作用与熔融温度有关。
(2)Talc填充sPS复合材料的熔融行为不仅与熔融温度有关,也与Talc表面性质有关。对于反应性单体改性Talc/sPS复合材料,不管是球磨法还是原位法处理填料,双单体改性都比单一单体改性对β晶的生成有更明显的诱导作用,经St与AA或MAH双单体改性的Talc填充sPS有利于形成β晶;而单一单体则异相成核作用更为明显,有利于提高sPS结晶温度。不同单体改性对Talc/sPS结晶行为和晶型影响不同,在所选择的各种常用改性单体中,AA、MAH、BA这三种单体对Talc/sPS复合材料晶型影响较大,在低熔融温度下比其他单体更易诱导β晶的生成。
(3)Talc/单体比对Talc/sPS复合材料的结晶行为和晶型有不同影响。较高的Talc/单体比有利于β晶的形成;而在高熔融温度下,较低的Talc/单体比具有更明显的异相成核作用,提高复合材料的结晶温度。
(4)铝酸酯偶联剂改性Talc/sPS复合材料较KH570改性的具有较强的异相成核作用和高的结晶温度,随着熔融温度提高,异相成核作用逐渐减弱;但KH570改性Talc/sPS复合材料有利于β晶形成。大分子相容剂改性使TaIc/sPS复合材料结晶温度降低,相容剂PP-g-AA对TaIc/sPS复合材料晶型影响较小,而相容剂PP-g-MAH改性Talc/sPS复合材料有利于sPS的β晶形成。