1、无机粒子填充间规聚苯乙烯结晶性无机粒子填充间规聚苯乙烯结晶性能研究能研究答辩人：赵翔答辩人：赵翔指导人：麦堪成指导人：麦堪成 教授教授 陆陆 明明 博士博士二零零六年五月十五日二零零六年五月十五日报告内容研究背景无机粒子填充间规聚苯乙烯结晶行为的研究单体接枝改性滑石粉填充间规聚苯乙烯结晶行为及晶型的研究结论一、研究背景间规聚苯乙烯 间规聚苯乙烯（Syndiotactic polystyrene,sPS）1986年用茂金属催化剂合成，是一种新型工程塑料。可用作耐热阻燃材料、半渗透材料、机械零部件等。有、四种晶型，晶和晶主要由热处理得到，和晶主要由溶剂诱导生成Rosa等提出的晶型sPS晶体结构示意
2、图间规聚苯乙烯的晶型 熔融温度(Tmax)对sPS结晶温度和晶型的影响 提高Tmax降低结晶温度，有利于形成晶。在WAXD谱图上，晶（2 6.7,11.7,14.1,15.6 and 18.0o)，晶（2 6.2,10.4,12.4,13.7,18.6,and 21.3o)间规聚苯乙烯的改性 玻璃纤维填充间规聚苯乙烯 粘土填充间规聚苯乙烯 工程塑料改性间规聚苯乙烯 本课题所研究的无机填料填充sPS 二氧化硅填充sPS（sPS-SiO2）氢氧化镁填充sPS（sPS-Mg(OH)2）二氧化钛填充sPS（sPS-TiO2）滑石粉(Talc)填充sPS（sPS-Talc）课题意义 结晶高分子在模量、硬
3、度、拉伸强度等方面具有优良的性质。无机粒子来填充聚合物，不仅成本低廉，而且可获得优良的热性能和力学性能，具有广阔的应用前景。通过探讨无机粒子填充sPS的结晶性能，对进一步研究sPS使用加工条件，改善其力学性能以及降低成本有重要意义。课题创新性 对滑石粉等四种无机粒子填充改性sPS结晶性能方面的研究未见报道。本课题首次以熔融法制备了二氧化硅、二氧化钛、氢氧化镁以及滑石粉填充sPS复合材料；并进一步探讨了苯乙烯（St）与丙烯酸（AA）/马来酸酐（MAH）接枝改性滑石粉填充sPS复合材料（sPS-Talc）结晶行为和晶型。二、实验部分熔融法sPS，5wt%填料密炼机熔融5min1.样品制备样品制备球
4、磨单体改性单体、引发剂(AIBN)、滑石粉250mL球磨罐 1h，转速300r/min 转速50r/min抽提 真空干燥 2.样品表征样品表征 示差扫描量热仪（示差扫描量热仪（DSC）研究结晶温度研究结晶温度 从50 oC以10oC/min升温至最高熔融温度，然后再以10oC/min降至50 oC，再以10oC/min升温至290 oC，记录每次升温和降温时曲线。广角广角X射线粉末衍射（射线粉末衍射（WAXD）研究晶型研究晶型 样品从3o以2o/min扫至30o（一）无机粒子填充间规聚苯乙烯结晶行为的研究图1 Tmax=275oC时不同填充sPS复合材料的结晶曲线（一）无机粒子填充间规聚苯乙烯
5、结晶行为的研究图2 Tmax=290oC时不同填充sPS复合材料的结晶曲线（一）无机粒子填充间规聚苯乙烯结晶行为的研究图3 Tmax=320oC时不同填充sPS复合材料的结晶曲线（一）熔融法制样结晶趋势图图4 熔融法制得sPS纯料及各填料填充sPS结晶峰温趋势图1.Tmax275oC和290oC时，加入填料使sPS结晶峰温降低（滑石粉除外）；2.Tmax320oC时，加入填料使sPS结晶峰温升高。解释如下：较低Tmax下，熔体中有残留晶体和无机填料，高分子链段对自身残留晶体的亲和力强于无机 填料，因此无机填料不起异相成核作用，反而 可能阻碍链段排入晶格，因此结晶温度降低。较高Tmax下，残留晶
6、体完全熔融，此时无机 填料起到异相成核作用，结晶温度升高。但滑 石粉在所有温度范围内均起到异相成核作用，因此可使结晶温度提高。由熔融法结晶曲线可以看出，滑石粉具有与其它填料不同特性，用滑石粉填充sPS可以使其结晶峰温在不同的Tmax下都有提高（即受Tmax影响不大），通过查阅文献，分析可能是以下两个原因所致：滑石粉表面具有亲油性，更易于与sPS相结合。滑石粉内部为层状结构，层与层间空间使得sPS链段与滑石粉结合更紧密。*滑石粉的特性*（二）St与AA/MAH接枝改性Talc填充sPS复合材料结晶行为及晶型的研究 St：苯乙烯 AA：丙烯酸 MAH：马来酸酐P hCC H2HP hCC H2P
7、hCC H2+OOOP hCC H2OOOA IB NB enzoquinoneM aleic anhydrideM A H-m odifide PS不同单体改性sPS-Talc结晶曲线图5 Tmax=275oC接枝改性sPS-Talc的结晶曲线不同单体改性sPS-Talc结晶曲线图6 Tmax=290oC接枝改性sPS-Talc的结晶曲线不同单体改性sPS-Talc结晶曲线图7 Tmax=320oC接枝改性sPS-Talc的结晶曲线不同单体改性sPS-Talc结晶趋势图Tc/图8 不同单体改性sPS-Talc结晶趋势图小结 改性后的sPS-Talc在不同Tmax下结晶，结晶温度均高于sPS纯
8、料结晶温度。表明经过AA和MAH单体接枝改性后的滑石粉仍具有异相成核作用。不同单体改性sPS-Talc的WAXD图谱图9 Tmax=275oC接枝改性sPS-Talc的WXRD图谱不同单体改性sPS-Talc的WAXD图谱图10 Tmax=290oC接枝改性sPS-Talc的WXRD图谱不同单体改性sPS-Talc的WAXD图谱图11 Tmax=320oC接枝改性sPS-Talc的WXRD图谱 小结 在较低Tmax（275、290）下，sPS纯料和未改性的sPS-Talc复合材料均得到与混合晶型；而改性sPS-Talc复合材料只得到晶。而在较高Tmax（320）下，晶晶核完全熔融，sPS及其复
9、合材料均得到纯晶。说明经AA和MAH接枝改性的滑石粉对sPS的晶有诱导作用。总结1.实验制备了四种无机填料填充间规聚苯乙烯（sPS）复合材料及单体改性滑石粉填充sPS，并对其结晶行为和晶型进行了研究。2.研究表明，在较低熔融温度下下，加入SiO2、Mg(OH)2、TiO2会阻碍sPS结晶。而在较高熔融温度下则起到异相成核作用，可提高sPS结晶温度。3.滑石粉在所有Tmax下sPS结晶时均起到异相成核作用，而且比其他三种无机填料作用更加明显。4.未改性的滑石粉对sPS晶型均无影响。5.以St和AA/MAH接枝改性的滑石粉对sPS仍具有异相成核作用，并能诱导sPS形成晶。致谢 感谢导师麦堪成教授，陆明博士生在实验中的 悉心指导，使我获益匪浅。感谢创新实验基金对本实验的资助。同时也感谢材料所和中心实验室的各位老师与 师兄师姐给我的帮助。
