反应挤出聚丙烯接枝腰果酚的研究

以量大价廉的天然可再生腰果酚为单体，利用反应挤出法制备聚丙烯接枝腰果酚，使聚丙烯兼具酚羟基、芳烃基和脂肪烃基，从而在改善聚丙烯的加工性能、表面性能和耐老化性能的同时，解决反应挤出过程中聚丙烯的降解问题。系统研究引发剂、助催化剂、单体用量、螺筒温度、螺杆转速与结构等对接枝率和熔体流动速率的影响；构建具有强剪切场、温度场、压力场和瞬间粘度巨变的螺杆挤出机中反应挤出聚丙烯接枝腰果酚的反应动力学，探索聚丙烯接枝腰果酚的接枝机理，着力于制备出接枝率较高的聚丙烯接枝腰果酚，增加聚丙烯表面的活性点，提高其表面能；确定聚丙烯接枝腰果酚的接枝率－形态结构（结晶）－材料最终性能（流变性能、力学性能、耐老化性能和加工性能）之间定性和定量的关系，为性能需求与制备之间架构桥梁。本研究为解决聚丙烯熔融接枝过程中的降解问题提供了理论和科学实验依据；也对增加聚烯烃改性剂新体系具有积极的促进作用。

以量大价廉的天然可再生腰果酚为单体，利用反应挤出法制备聚丙烯接枝腰果酚，使聚丙烯兼具酚羟基、芳烃基和脂肪烃基，从而在改善聚丙烯的表面性能、加工性能和耐老化性能的同时，解决反应挤出过程中聚丙烯的降解问题。研究了聚丙烯接枝腰果酚的有效条件及其接枝机理、短时间内粘度急剧变化的螺杆挤出机中体系的反应动力学以及接枝产物的结构与性能。结果表明，利用HAAKE Polylab Rheomix PTW 24/28同向平行双螺杆挤出机，每100 g聚丙烯（PP）使用7 g腰果酚（cardanol）和0.2 g过氧化二异丙苯，在螺筒温度180 ℃、螺杆转速30 r/min条件下可制得接枝率较大、PP主链降解较少的聚丙烯接枝腰果酚，接枝产物中未反应的腰果酚无需后处理。经钛酸酯偶联剂湿法改性后的稀土氧化物粒子与引发剂具有协同效应，能够促进接枝反应的进行，还能改善接枝产物的力学性能和耐老化性能，其中氧化钐、氧化铒的效果较好。将粘度较大的聚丙烯和腰果酚从第一加料口加入，预先熔融混合均匀后，粘度较小的引发剂从第二加料口加入，立即引发熔体发生接枝反应，有利于改善接枝产物的力学性能。螺杆熔融段采用一段式捏合块使物料所受的剪切力较大，采用两段式捏合块有利于分步加料；均化段采用两段捏合块末端加一块反向输送螺纹元件可以延长物料在螺筒中的停留时间，并为物料在强剪切作用的同时提供一个熔融松弛的过程。聚丙烯接枝腰果酚的形成源于腰果酚的不饱和侧链双键，反应过程中没有发生交联副反应，其初始阶段的接枝反应速率为Rg=kg[M•][ cardanol],其中表观接枝反应速率常数kg先随温度的升高而增大，超过临界反应温度（200 ℃）后，开始减小。聚丙烯接枝腰果酚中的腰果酚侧链促进了PP球晶的生长，降低了PP的加工温度，改善了PP的流变性能和耐老化性能。含有5 wt%腰果酚的接枝产物样条加速辐照480 h后，其屈服强度、拉伸强度和断裂伸长率基本不变。接枝产物对PP/PC、PP/PA6、PP/PS、PP/ABS以及竹塑复合材料具有优良的增容作用和很好的抗老化作用。本研究确定了聚丙烯接枝腰果酚的接枝率－形态结构（结晶）－材料最终性能（流变性能、力学性能、耐老化性能和加工性能）之间定性和定量的关系；为解决聚丙烯熔融接枝过程中的降解问题提供了理论和科学实验依据；也对增加聚烯烃改性剂新体系具有积极的促进作用。