可控降解誘導(dǎo)期聚丙烯紅外表征、加工特性和力學(xué)性能研究.pdf

1、近年來，環(huán)境問題引起科學(xué)界高度重視，開始提倡研究環(huán)境友好的新型高分子材料。對(duì)高分子材料降解機(jī)理的研究，可為探索可降解的環(huán)境友好材料開辟新的途徑。 本工作的長遠(yuǎn)研究目標(biāo)，是擬利用聚丙烯的降解現(xiàn)象，從兼顧材料的貯存使用和廢棄處理兩方面綜合考慮，通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，對(duì)材料進(jìn)行預(yù)處理，使其在貯存使用期內(nèi)的各項(xiàng)性能基本不降低，而在廢棄處理期內(nèi)能夠快速自動(dòng)降解，以利于回收再處理。致力于發(fā)展可控制降解誘導(dǎo)期聚丙烯環(huán)境友好材料。這對(duì)于環(huán)境保護(hù)，具有

2、重要的實(shí)際意義。 作為階段性的研究工作，本文從紅外光譜表征、流變學(xué)加工特性、尤其是力學(xué)機(jī)械性能評(píng)估等方面，對(duì)聚丙烯粉料的熱氧降解時(shí)間歷程進(jìn)行了深入的研究，系統(tǒng)考察了聚丙烯粉料的“可控制降解誘導(dǎo)期現(xiàn)象”。 本工作首先采用紅外光譜表征的方法，研究了降解誘導(dǎo)期內(nèi)聚丙烯的分子量的微小變化，觀察到在熱氧老化處理2小時(shí)內(nèi)的PP粉料，其羰基指數(shù)上升率有微小的增加，但是，小于8％，因此，提出了“降解誘導(dǎo)期內(nèi)聚丙烯低度降解”的概念，并對(duì)這

3、種低度降解的現(xiàn)象做出了理論的解釋。然后，采用聚合物熔體流變學(xué)表征的方法，對(duì)聚丙烯粉料的熱氧降解時(shí)間歷程的加工特性進(jìn)行研究，尤其是研究了降解誘導(dǎo)期內(nèi)“低度降解”現(xiàn)象對(duì)加工特性的影響效應(yīng)，指出在降解誘導(dǎo)期內(nèi)，“低度降解”現(xiàn)象對(duì)加工特性基本上不影響。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步系統(tǒng)地考察了聚丙烯粉料的熱氧降解時(shí)間歷程的力學(xué)機(jī)械性能。研究表明，隨著熱氧老化處理時(shí)間的延長，聚丙烯粉料膜片在整個(gè)熱氧老化降解時(shí)間歷程中發(fā)生不同的變化?；旧峡梢苑殖扇齻€(gè)階段，在

4、降解誘導(dǎo)期內(nèi)，各項(xiàng)力學(xué)機(jī)械性能基本上不變化，或變化不大，經(jīng)過110℃熱氧老化處理2小時(shí)的PP粉料膜片，其拉伸強(qiáng)度，僅下降了0．94％，拉伸屈服應(yīng)力沒有下降，拉伸斷裂應(yīng)力僅下降了0．41％，而拉伸模量則略有升高，提高了0．21％。在降解誘導(dǎo)期附近，大部分力學(xué)機(jī)械性能仍然不變化，或變化不大，經(jīng)過110℃熱氧老化處理3小時(shí)的PP粉料膜片的拉伸強(qiáng)度和拉伸屈服應(yīng)力僅下降了2．09％和0．68％。在遠(yuǎn)離降解誘導(dǎo)期的時(shí)間區(qū)段，各項(xiàng)力學(xué)機(jī)械性能則發(fā)生了

5、很大的變化，經(jīng)過熱氧老化處理12小時(shí)的PP粉料的拉伸強(qiáng)度、拉伸屈服應(yīng)力、拉伸斷裂應(yīng)力、拉伸模量分別下降了84．18％、83．62％、84．49％和79．54％。 通過細(xì)致的分析，發(fā)現(xiàn)近降解誘導(dǎo)期聚丙烯材料的各項(xiàng)力學(xué)機(jī)械性能都存在著“表征響應(yīng)差異”現(xiàn)象。各項(xiàng)力學(xué)機(jī)械性能指標(biāo)對(duì)由降解引起的降解誘導(dǎo)期的“響應(yīng)”不同，大部分存在著“滯后”現(xiàn)象。為了描述這種“表征響應(yīng)差異”現(xiàn)象，提出了“降解程度表征響應(yīng)值”、“原降解誘導(dǎo)期”和“表觀降解誘

6、導(dǎo)期”等概念。并進(jìn)一步從降解誘導(dǎo)期內(nèi)、降解誘導(dǎo)期附近、遠(yuǎn)離降解誘導(dǎo)期三個(gè)時(shí)段，繼續(xù)進(jìn)行深入研究。研究表明，在降解誘導(dǎo)期內(nèi)，雖然存在著“低度降解”的現(xiàn)象，但是，正是由于“表征響應(yīng)差異”現(xiàn)象的作用，“低度降解”的現(xiàn)象不影響降解誘導(dǎo)期內(nèi)聚丙烯材料的加工性能和力學(xué)機(jī)械性能。這就為制備可控制降解誘導(dǎo)期聚丙烯材料提供了理論依據(jù)。 基于上述研究，本文對(duì)制備可控制降解誘導(dǎo)期聚丙烯材料進(jìn)行了初步探索。本工作應(yīng)用聚合物的時(shí)溫等效原理，設(shè)計(jì)了一系列分

7、階段熱氧老化處理的實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)室的條件模擬自然老化降解的過程，探索對(duì)聚丙烯材料降解誘導(dǎo)期進(jìn)行人為控制的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，可以通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)預(yù)熱氧老化處理?xiàng)l件，制備具有不同表觀降解誘導(dǎo)期的聚丙烯材料，其各項(xiàng)力學(xué)機(jī)械性能指標(biāo)具有可控制的表觀降解誘導(dǎo)期，在表觀降解誘導(dǎo)期內(nèi)，力學(xué)機(jī)械性能指標(biāo)不變化或變化不大，而材料的開始降解時(shí)間點(diǎn)則會(huì)提前到來。研究結(jié)果為進(jìn)一步發(fā)展可控制降解誘導(dǎo)期聚丙烯環(huán)境友好材料，奠定了理論基礎(chǔ)。具有新穎的理論意義和明確的