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AES是三元乙丙橡胶(EPDM)与苯乙烯(St)及丙烯腈(AN)的接枝共聚物(EPDM-g-SAN)与SAN树脂的共混物的简称。由于EPDM分子链双键含量少,故AES具有优异的抗热氧老化和抗老化黄变性能,作为一种高性能工程塑料,其用途越来越广泛。本文用相反转乳液接枝共聚合法合成接枝共聚物EPDM-g-SAN,并与SAN树脂共混制备AES树脂,系统研究了聚合条件与EPDM/St-AN接枝反应行为及EPDM-g-SAN对SAN树脂增韧效率的关系,AES相结构与增韧机理的关系,AES的耐热性能及流变性能。本研究课题对于EPDM-g-SAN的合成方法和满足市场对AES高性能塑料的要求具有重要的理论意义和实践意义。
本文首先通过乳化体系的性质对EPDM/St-AN相反转乳液接枝共聚合反应行为及其产物EPDM-g-SAN对SAN树脂的增韧效率的研究,论证了以歧化松香酸钾皂为乳化剂具有可行性。然后系统研究了聚合反应条件对EPDM/St-AN相反转乳液接枝共聚合反应行为的影响,用跟踪法系统研究了在各种聚合反应条件下合成的EPDM-g-SAN对SAN树脂的增韧效率。结果表明,影响体系单体转化率(CR)、接枝率(GR)和接枝效率(GE)的关键因素是St/AN的投料质量比,随着共单体中AN相对用量的增加,CR出现最大值,为97.5％,GR和GE均持续提高；在St/AN投料质量比为65/35～60/40之间,AES的缺口冲击强度达到最高水平。优化了聚合反应条件,合成出对SAN树脂增韧效率高的EPDM-g-SAN,其AES的缺口冲击强度最高达57.5KJ/m2。建立了AES缺口冲击强度与EPDM/AES质量比的关系曲线,发现AES具有脆韧转变行为。
分别利用红外光谱定量分析法和元素分析法建立了合成EPDM-g-SAN时的St/AN投料质量比与产物的St单元/AN单元共组成质量比的定量关系,发现在St/AN投料质量比大于或等于65/35时,产物的共组成质量比小于投料比,在St/AN投料质量比等于或小于60/40时,产物的共组成质量比大于投料比；随着EPDM/St-AN质量比的增加,产物的St单元/AN单元共组成质量比逐渐增大。两种方法的分析结果相吻合。
TEM和SEM分析表明,影响AES的相结构和冲击断裂形变机理的主要因素是EPDM-g-SAN的g-SAN的极性。当g-SAN的极性适当时,EPDM相以粒径比较适宜、形状比较规则的粒子均匀分散在基体中,相界面模糊,两相粘合紧密,既可诱发基体空穴化,又可引发基体剪切屈服,AES表现为韧性断裂,增韧效果最显著。g-SAN的极性太弱或太强都会降低AES的抗冲韧性。能使AES缺口冲击强度达到最高水平的EPDM相的最佳粒径为0.2～0.3μm左右,其AES的增韧机理以剪切屈服为主兼有空穴化。 DSC分析表明,EPDM-g-SAN接枝共聚物和AES树脂都出现了第三相的Tg,证实存在界面相,使相界面结合紧密。DMA分析表明,AES的EPDM相的损耗角正切(Tanδ)值在St/AN投料质量比为65/35～60/40之间出现峰值,说明适宜的St/AN投料质量比可明显地增强EPDM相和SAN相的相界面结合力,因此增韧效果显著。
AES的热重分析表明,AES的热稳定性随EPDM与SAN树脂基体相容性的改善和EPDM-g-SAN的交联程度的加深而提高。流变行为研究表明,AES的表观粘度对剪切速率的敏感性随着EPDM含量的增加而提高,随温度的上升而明显下降。