超临界二氧化碳在结晶聚合物中的扩散及其机理研究

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由于超临界二氧化碳(SCCO2)具有临界点较低、无毒、廉价、易得、化学惰性、环境友好等特点,在替代传统溶剂方面SCCO2得到了广泛的关注。超临界流体被誉为“双性溶剂”,它既具有像液体一样较大的密度,又有像气体一样较大的自扩散系数。由于它具有上述特性,SCCO2被广泛应用在聚合物加工领域,诸如发泡、染色、接枝、共混和萃取等。   在本文的第一部分中,建立了改进的CO2诱导结晶等规聚丙烯动力学模型。该模型是将温度和压力项引入到Avrami方程中,并利用平衡结晶度改造Avrami方程。新的诱导结晶模型能很好地描述实验数据,模型值与实验值的残差和标准差较小。   在第二部分中,利用扫描电子显微镜(SEM)考察了iPP结晶区的表面形貌,发现经过CO2处理后的iPP的结晶区比没有经过CO2处理的iPP的结晶区排列的更规整,更紧密。利用广角X射线衍射(WAXD)研究了iPP结晶区的尺寸和晶型,发现SCCO2的作用有利于iPP中γ晶型的生成和发展。利用Image-Pro Plus软件,计算了等规聚丙烯结晶区的曲折因子。   在本工作的最后一部分中,通过压力衰减法研究了CO2在等规聚丙烯中的溶解和扩散。考察了包括温度、压力、结晶度、曲折因子等影响溶解和扩散的因素。根据扩散的初始条件和边界条件,利用分离变量法得到了传质偏微分方程的解析解,计算了扩散系数。结果发现,考虑诱导结晶效应和曲折效应的CO2在iPP中的本征扩散速率总是大于其对应的不考虑诱导结晶效应和曲折效应的表观扩散速率。
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