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聚丙烯具有易加工、化学稳定性好、密度小、生产成本低等优点,然而低温冲击性差限制了它的广泛应用。为了提高等规聚丙烯(iPP)在塑料工业的利用价值和空间,一般采用与弹性体共混的方法。与传统聚丙烯机械共混方法相比,釜内合金方法是效率更高、成本更低的方法。本论文中,我们研究了以单粒子多催化剂反应器粒子技术制备的新型iPP/PEOc(乙烯-辛烯共聚物)釜内合金材料的结晶成核、成长机理、结晶动力学以及在此体系中的液液相分离与结晶的关系。本博士论文包括以下几个部分:
1.iPP/PEOc釜内合金的成核及结晶成长机理研究:通过对材料的非等温结晶过程的热行为研究,我们发现了密度涨落诱导结晶成核和异相成核两种不同的成核方式同时存在于iPP/PEOc釜内合金材料中。结合温度分辨小角X射线散射(SAXS)和偏光显微镜(POM)实验,利用双层片晶结构模型,我们对上述两种不同成核方式得到的晶体结构进行了解释,提出了聚烯烃釜内合金材料的多重成核增长及片晶结构的物理模型。
2.iPP/PEOc釜内合金体系的等温结晶动力学和非等温结晶动力学的研究:我们利用差示扫描量热法(DSC)和POM对iPP/PEOc釜内合金材料在不同温度下的等温结晶动力学和不同降温速率下的非等温结晶动力学进行了详细的研究,其中弹性体PEOc对iPP的球晶生长起阻碍作用。我们利用Jeziorny修正的Avrami模型、Ozawa模型和Mo模型对iPP/PEOc釜内合金材料的非等温结晶行为进行研究,发现Jeziorny模型和Mo模型能较好地用来描述其非等温结晶过程。
3.iPP/PEOc釜内合金体系的液液相分离与结晶关系研究:我们系统地研究了液液相分离对iPP/PEOc釜内合金材料的等温结晶动力学、形貌和结晶结构的影响。通过Avrami模型对等温结晶的DSC数据分析,我们发现总的结晶速率几乎不受液液相分离的影响,仅与等温结晶的温度有关,结合POM数据后,我们发现液液相分离使构成结晶总速率的因素之一--成核数目减少,而使球晶线性生长速率增加,这是因为成核受密度涨落协助成核和异相成核机制共同控制而球晶线性增长速率是按照扩散控制机制所造成的。扫描电子显微镜(SEM)的结果证明了随着液液相分离时间的增加,iPP和PEOc的富集区不断粗化变大,界面总面积逐渐减小。WAXS实验表明样品的结晶度不随液液相分离时间发生明显变化,只随着结晶温度的升高而略微上升。
通过本论文,我们理解了iPP/PEOc釜内合金体系的结晶成核和成长机理,和液液相分离对结晶动力学、形貌以及结晶度的影响等等。我们的研究结果对进一步理解iPP釜内合金体系的结构和形貌形成机理,调控结构与形貌及性能的机制提供了实验数据和理论依据。