高熔体强度聚丙烯的制备及性能表征

采用等规聚丙烯(iPP)为粉料、过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)为接枝单体、苯乙烯(St)为共聚单体,使用双螺杆挤出机熔融接枝制备无凝胶的高熔体强度聚丙烯(HMSPP)。傅里叶红外光谱(FTIR)和凝胶渗透色谱(GPC)的结果表明单体已成功接枝在聚丙烯分子链上。差示扫描量热仪(DSC)的分析结果表明HMSPP结晶温度提高了11.8℃。流变测试结果显示,HMSPP可呈现明显的剪切稀化现象,并具有更长的松弛时间和更低的损耗因子,充分证明了长支链结构的存在。与iPP相比,HMSPP的熔体强度从0.03 N提高到0.37 N,同时其冲击强度、拉伸强度和弯曲模量分别提高了89.1%、17.5%、42.6%。

基于科教融合的实验教学探索与实践——以纳米球形聚电解质刷胶体粒子的制备与表征实验为例

为促进轻化工程专业本科生对胶体化学及纳米材料基础知识的理解和运用,将纳米球形聚电解质刷胶体粒子的制备与表征实验引入教学,利用光乳液聚合的方法,合成粒径均匀的聚苯乙烯纳米粒子,并通过光引发聚合的方式在聚苯乙烯纳米粒子表面接枝聚电解质链,制备具有良好稳定性和分散性的纳米球形聚电解质刷胶体粒子。该实验利用动态光散射表征所制备纳米球形聚电解质刷胶体粒子的粒径、分散性及表面带电性等性质及其对盐浓度、pH的依赖性。该实验旨在通过科教融合的形式,强化学生对专业知识的理解和运用,使学生形成严谨规范的科学思维,进而培养具有创新能力的工程科技人才。

高熔体强度聚丙烯的结构与性能

为了揭示高熔体强度聚丙烯(HMSPP)的结构特征及其对性能的影响,研究了两种商业级长支链型高熔体强度聚丙烯(LCB-HMSPP)和一种线性聚丙烯(PP)的流变学行为、熔体强度、力学性能,并结合高温凝胶渗透色谱(GPC)与三检测器联用技术探究了HMSPP的基本结构,在此基础上分析了表征PP长链支化结构的方法。结果表明,LCB-HMSPP中存在支化结构,和线性PP相比,LCB-HMSPP有较高的分子量和较宽的分子量分布。LCB-HMSPP具有明显不同于线性PP的流变学特征,与线性PP相比,LCB-HMSPP出现剪切变稀现象,零剪切黏度变大,松弛时间变长,表现出明显的拉伸应变硬化行为,且应变硬化程度与GPC测得的支化程度及熔体强度结果相对应,即应变硬化程度与熔体强度呈正相关。另外,长支链结构对于改善PP的力学性能有积极作用,尤其能够显著提高PP的韧性。

一种高效酰胺类透明成核剂对聚丙烯性能的影响

研究了一种新型酰胺类成核剂,1,3,5-苯三甲酸三(新戊胺),对等规聚丙烯(iPP)性能的影响。首先,对iPP光学和力学性能进行表征。结果表明,该成核剂在较低的浓度下就展现了较高的成核效果,当添加量为0.3‰(质量分数,下同)时,iPP雾度降低了60.2%,弯曲弹性模量和拉伸强度分别提高了19.7%和13.7%,这说明该成核剂是一种高效的iPP透明成核剂。其次,应用偏光显微镜和差示扫描量热仪分别对iPP晶体形貌和结晶行为进行了表征。结果表明,纯iPP在30 min还未完成结晶过程,结晶速率较慢。加入成核剂后,成核iPP在4 min左右就基本完成了结晶过程,结晶速率大大提高,同时球晶尺寸明显减小。另外,成核剂使iPP结晶温度从121.1℃提高至130.0℃,熔融温度从164.1℃提高至165.8℃。这进一步说明了该成核剂的高效。最后,对纯iPP和成核iPP的等温结晶动力学进行研究,结果表明,该成核剂降低了iPP的Avrami指数n,说明其能够促进iPP的异相成核,从而加快结晶速率。

1,8-辛二酸改性热致液晶共聚酯的制备及其性能

以对羟基苯甲酸、对苯二甲酸和对苯二酚为共聚单体,经乙酰化和熔融缩聚两步法合成三元热致液晶共聚酯。引入长链脂肪族化合物1,8-辛二酸作为改性单体,按不同比例代替对苯二甲酸,制备了一系列含柔性链段的新型四元热致液晶共聚酯。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)和核磁共振碳谱(13C-NMR)对共聚酯结构进行表征,采用差示扫描量热(DSC)和热失重分析(TGA)表征其热性能,采用偏光显微镜(POM)和X射线衍射(XRD)分析其液晶性能。研究表明,三元液晶共聚酯熔点达407℃,热稳定性优异。随着1,8-辛二酸含量增加,四元共聚酯熔点显著降至214℃,热稳定性较好,最大热分解温度达到428℃。该系列共聚酯显示了典型的向列型液晶织态结构。1,8-辛二酸的引入显著改善了液晶共聚酯的可加工性。

聚乙烯的添加对马来酸酐接枝聚丙烯制备及性能的影响

为提高反应挤出法制备的马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)的接枝率,降低熔体流动速率(MFR)并改善其色泽,笔者采用高温流变仪、差示扫描量热仪、力学性能测试等方法研究了PP-g-MAH制备过程中三种聚乙烯(PE)的添加对产物接枝率、颜色、流动性能、结晶性能以及应用性能的影响。研究表明,高密度聚乙烯(PE-HD)、低密度聚乙烯(PE-LD)和线性低密度聚乙烯(PE-LLD)的加入,均在一定程度上提高了马来酸酐的接枝率,其中PE-HD的效果最优,PE-LD效果次之,PE-LLD则有一定负面影响;同时PE的加入也能改善产品的颜色,且加入量越高,颜色越浅;在流动性能方面,PE-LD的加入显著降低了产品的MFR,另两种PE则使得MFR先上升后下降,三种PE均降低了接枝产物的复数黏度,其中PE-HD的效果最明显;在结晶性能上,添加不同PE都能够提高接枝物的结晶性能,加入量越高,对结晶过程的促进作用越明显,其中PE-HD的提升效果最佳。此外研究结果显示添加PE-HD能够抑制聚丙烯β晶的生成。应用研究结果表明,加入制备的PP-g-MAH能够明显改善玻璃纤维与聚丙烯基体的相容性,从而大幅提高聚丙烯复合体系的力学性能。

Ca-SA/P(AM-AMPS)微球的制备及性能研究

针对聚丙烯酰胺类调剖剂耐温性能不佳,常温溶胀较快的问题,通过在聚丙烯酰胺P(AM-AMPS)微球表面包覆海藻酸钠(SA)并用Ca2+交联固化制备海藻酸钙/聚丙烯酰胺(Ca-SA/P(AM-AMPS))微球来改善其耐温性能。通过傅里叶变换红外光谱、扫描电镜、透射电镜和纳米粒度及Zeta电位仪对微球的结构、形貌及性能进行了表征。结果表明,在不同SA质量分数下微球平均粒径在47~92 nm之间,当SA质量分数为8%时,Ca-SA/P(AM-AMPS)微球的感温溶胀性能最佳,在20℃下可溶胀2.52倍,较P(AM-AMPS)微球下降42%;在60℃下可溶胀3.35倍,较P(AM-AMPS)微球提高52%。Ca-SA/P(AM-AMPS)微球在常温下溶胀较慢,在高温下快速溶胀且溶胀倍率更大,能够更好地匹配注入调剖工艺,实现高效调剖驱油的作用。

降冰片烯二羧酸盐类成核剂在等规聚丙烯中的成核效应

应用DSC考察了降冰片烯二羧酸盐对等规聚丙烯结晶和熔融行为的影响。结果表明,降冰片烯二羧酸盐的加入提高了聚丙烯的结晶温度和熔融温度。其中钠盐(BCHE11)和钙盐(BCHE20)成核效果较为显著,添加质量分数在0.2%时可使聚丙烯的结晶峰值温度提高10.8℃和9.4℃。应用Avrami方法对降冰片烯二羧酸盐成核的聚丙烯等温结晶动力学进行了研究,结果表明,成核聚丙烯半结晶时间都小于空白聚丙烯,尤其是BCHE11和BCHE20。成核聚丙烯的Avrami指数n都在3左右,这表明成核聚丙烯的结晶生长方式为异相成核的三维球晶生长方式。

β晶成核剂己二酸锌对等规聚丙烯成核效应的影响

合成了一种高效高选择性的等规聚丙烯（PP）β 晶成核剂己二酸锌（Adi-Zn）,研究了其用量对等规PP 成核效应的影响.力学性能测试结果表明,随Adi-Zn 用量增加,PP 的冲击强度先升高后趋于稳定,当Adi-Zn 用量为PP 质量的0.6% 时,成核PP 的冲击强度达到最大,是未加Adi-Zn 时的1.8 倍,而拉伸强度和弯曲弹性模量略有降低.采用广角X 射线衍射分析了Adi-Zn 对PP β 晶型含量的影响,结果表明,Adi-Zn 用量为PP 质量的0.2%~0.8% 时,β 晶型含量保持在95% 左右,说明Adi-Zn 具有较高的成核效率和选择性.利用差示扫描量热仪和偏光显微镜考察了Adi-Zn 对PP 结晶温度和晶体形态的影响,结果表明,当Adi-Zn 用量达到PP 质量的0.6% 时,成核PP 的结晶温度提高了3.1℃.同时随着Adi-Zn 的用量增加,Adi-Zn 诱导生成了更多的高亮β 晶型,并且明显细化了球晶尺寸.

混合聚醚多元交联型原油破乳剂的合成及破乳性能研究

将组合化学的方法应用于破乳剂的交联改性研究 ,以 TDI作为交联剂对 2 5种聚醚进行组合交联改性 ,用胜利油田孤三联的稠油进行破乳评价 ,得到交联型破乳剂对稠油的破乳规律 .应用组合正交表找出对稠油破乳效果最好的 4种单剂 ,再进行组合交联改性从而研制出一系列交联型聚醚 ,再与几种破乳效果较好的单剂进行复配 ,筛选出一种对胜利油田稠油破乳效果较好的破乳剂 .结果表明 ,交联改性的破乳剂之间具有协同效应 .

结晶条件对超高分子量聚乙烯熔融再结晶行为的影响

应用常压差示扫描量热（DSC） 仪和高压DSC 仪研究了熔融温度、熔融时间、冷却速率以及压力对不同分子量的超高分子量聚乙烯（PE–UHMW） 熔融再结晶行为的影响.常压DSC 的研究表明,随着熔融温度、熔融时间以及冷却速率的增加,PE–UHMW 的结晶峰值温度（Tc） 逐渐下降.在相同的熔融温度和熔融时间下,PE–UHMW 的Tc随分子量的增加而逐渐增加,但在所研究的冷却速率范围内（2.5～40℃/min）,在相同的冷却速率下,Tc 随分子量的增加变化不大.高压DSC 的研究结果表明,结晶过程中增加压力导致PE–UHMW 的Tc 有所下降,并且结晶峰半峰宽变大.

基于苯乙烯/丙烯酸酯基硅油的高熔体强度聚丙烯的流变性能和发泡性能

以过氧化苯甲酰（BPO）为引发剂、苯乙烯（St）和丙烯酸酯基硅油（ASO）为接枝单体，制备无凝胶的高熔体强度聚丙烯（HMSPP），考察了St添加量对等规聚丙烯（iPP）流变性能和发泡性能的影响。FTIR表征结果显示，St和ASO成功接枝到iPP上。流变性能测试结果显示，HMSPP在η^＊～ω曲线（η^＊：复数黏度；ω：扫描频率）的低频区出现明显的剪切变稀现象，在G′～ω曲线（G′：储能模量）的低频区出现明显的偏离末端行为，在拉伸过程中拉伸黏度具有明显的应变硬化现象，说明HMSPP中有长支链结构存在。当St和ASO的添加量均为1．0％（w）时，HMSPP的熔体强度从0．051N提高到0．770N，且表现出优良的发泡性能，泡孔密度从7．0×10^6cell/m^3提高到1．3×10^8cell/cm^3。

羧酸盐类β晶成核剂与α晶成核剂的复合体系对等规聚丙烯成核结晶行为的影响

采用差示扫描量热(DSC)、广角X射线衍射(WAXD)以及力学性能分析等方式考察了两种α晶成核剂和一种羧酸盐类β晶成核剂复合后对等规聚丙烯(iPP)的结晶性能、晶型结构以及力学性能的影响。结果表明,α/β复合成核剂对聚丙烯的结晶峰值温度、晶型结构以及力学性能的影响都与复合体系中结晶峰值温度较高的单一成核剂相似,说明在α/β复合成核剂体系中,两种成核剂竞争成核,结晶峰值温度较高的成核剂在结晶过程中起主导地位,而结晶峰值温度较低的成核剂成核作用较小。

基于山梨醇类α成核剂的α/β复合成核剂对等规聚丙烯力学性能的影响

以山梨醇类成核剂S20为α成核剂分别与3种β成核剂TMB-5,HHPA-Ba,PA-03复合得到复合成核剂,建立了成核剂含量与ΔTCp(ΔTCp为成核等规聚丙烯(iPP)结晶峰值温度与非成核iPP结晶峰值温度的差值)的关系曲线,考察了复合成核剂对iPP力学性能的影响。实验结果表明,通过成核剂含量与ΔTCp的关系曲线可确定复合成核剂的最佳配比;以S20为α成核剂制备复合成核剂时,复合成核剂的总含量以大于0.10%(w)(基于iPP的质量)为宜;确立复合成核剂最佳配比的实验方法适用于以S20为α成核剂的α/β复合成核剂体系;当成核剂以最佳配比复合时,成核iPP的刚性和韧性可同时提高。

山梨醇类成核剂对改性聚丙烯发泡性能的影响

以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,经熔融挤出过程将苯乙烯(St)接枝到等规聚丙烯(iPP)上,同时加入山梨醇类成核剂[1,3:2,4-二(对甲基卞叉)山梨醇,MDBS],制备可发泡的iPP,并考查MDBS在其发泡过程中所起的作用。结果发现,St接枝到iPP上,降低了iPP的熔体流动速率,即提高了其熔体强度;在发泡过程中,MDBS起固定泡孔和泡孔成核的作用,使iPP泡沫具有规则完整的泡孔结构,且泡孔密度从纯iPP的1.1×10~7个/cm^3增加到1.2×10~8个/cm^3,适宜发泡温度范围拓宽至150~160℃。

α/β复合成核剂成核聚丙烯的结晶形态及非等温结晶动力学研究

以山梨醇类S20成核剂为α成核剂与HHPA-Ba和PA-03两种β成核剂分别复配得到α/β复合成核剂.利用DSC和偏光显微镜考察了该复合成核剂对成核等规聚丙烯（iPP）结晶形态的影响,并采用Cazé法研究了成核iPP的非等温结晶动力学.实验结果表明,复合成核剂可减小成核iPP的球晶尺寸,成核iPP最终的结晶形态由复合成核剂中两种成核剂的含量决定.不同配比的复合成核剂均可提高iPP的结晶温度、缩短iPP的结晶时间、提高iPP的成型速率.成核iPP的Avrami指数在4～5之间,最佳配比的S20/HHPA-Ba复合成核剂（S20成核剂的含量为40％（w））成核的iPP以混合成核模式结晶.以S20为α成核剂的α/β复合成核剂对成核iPP的结晶行为和结晶形态的影响基本一致.

剪切和冷却速率对长支链聚丙烯晶体结构的影响

采用旋转流变仪在不同剪切作用下制备了长支链聚丙烯PP-g-VS/St(PP:聚丙烯;VS:乙烯基聚二甲基硅氧烷;St:苯乙烯)结晶试样,并利用WAXRD方法考察了冷却速率、剪切作用以及两者共同作用时对PP-g-VS/St晶体结构的影响。表征结果显示,PP-g-VS/St在冷却结晶过程中可形成α晶和少量γ晶;在剪切作用下,PP-g-VS/St中形成α晶和β晶,且β晶的相对含量随剪切速率的增大先急剧增大后趋于稳定、随剪切时间的延长先增大后略有降低、随剪切温度的升高而增大。当剪切速率为70 s-1、剪切时间为60 s、剪切温度为230℃时,PP-g-VS/St中β晶的相对含量为35.6%。剪切作用和快速冷却是诱导PP-g-VS/St形成β晶的关键因素。

三带理论在地下开采中对露天矿边坡稳定性的影响

利用三带理论分析了地下开采对地表建筑物及附近露天矿边坡稳定性的影响,指出了为保证露天矿山安全生产应采取的措施。

乙烯基硅烷/苯乙烯接枝聚丙烯的结晶和力学性能

研究了乙烯基硅烷(VS)和苯乙烯(St)双单体接枝聚丙烯(PP-g-VS/St)的结晶性能和力学性能。结果表明,长支链的引入使PP-g-VS/St的结晶峰值温度和熔融峰值温度相对于线形等规聚丙烯(iPP)分别提高了10、2℃,且球晶得到了细化;PP-g-VS/St在10℃/min的降温速率下结晶产生的晶型为α晶型与少量γ晶型的混合物;在注塑条件下结晶产生的晶型为α晶型与β晶型的混合物;利用莫志深法研究PP-g-VS/St的非等温结晶动力学过程发现,在结晶的早期和后期,长支链的支化点对PP-g-VS/St的结晶分别起到了加速成核和阻碍生长两种相反的作用;相对于iPP,PP-g-VS/St的拉伸强度、弯曲模量和冲击强度分别提高了29%、40%和453%。

材料添加剂化学课程建设的探索实践

本文结合作者在建设材料添加剂化学精品课程中的实践,指出与时俱进的教材、多种教学方法的联合应用、多层次实践教学的开展、集体备课方式、研究性学习的创新思维培养模式以及多角度的考核方式是本课程建设的特色,同时也是提高教学质量的有效途径。