近降解誘導(dǎo)期聚丙烯紅外光譜和流變學(xué)表征研究.pdf

1、聚丙烯的降解和穩(wěn)定一直是人們研究的熱點問題，這對延長其使用壽命、再生利用、加速降解、保護(hù)環(huán)境等均具有十分重要的意義。聚丙烯的降解通常被認(rèn)為只有負(fù)面作用，然而，近年來發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過適當(dāng)設(shè)計的、有控制的降解處理，可以使PP粉料的使用性能下降不多，甚至有時還有所提高，這個現(xiàn)象使得有可能通過進(jìn)一步的研究，制備聚丙烯環(huán)境友好材料。 為實現(xiàn)這一目標(biāo)，對聚丙烯粉料在降解誘導(dǎo)期及其附近的研究、尤其是分子結(jié)構(gòu)變化的研究就顯得十分重要。但是，目前在這方

2、面的研究還尚未達(dá)到定量分析的水平。本文提出聚丙烯的“近降解誘導(dǎo)期”的概念。致力于對處于近降解誘導(dǎo)期狀態(tài)的聚丙烯粉料進(jìn)行定量分析研究。為此，從流變學(xué)和紅外光譜兩方面的表征手段進(jìn)行深入研究。 首先，從利用流變學(xué)的方法研究聚丙烯粉料的熱氧降解時間歷程入手，對聚丙烯粉料(CJS-6)在不同的熱氧老化處理溫度、不同的熱氧老化處理時間下的流變行為進(jìn)行系統(tǒng)的考察。實驗結(jié)果表明，在同一熱氧老化處理溫度下，隨著熱氧老化處理時間的增加，PP粉料的時

3、間—轉(zhuǎn)矩曲線的高度經(jīng)歷了在殲始的一段時間內(nèi)不變，隨后，逐漸降低的過程，其相應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)矩值也有相同的變化規(guī)律。這表明PP粉料的降解歷程中存在著降解誘導(dǎo)期，平衡轉(zhuǎn)矩在降解誘導(dǎo)期內(nèi)不下降，在經(jīng)歷了誘導(dǎo)期之后，平衡轉(zhuǎn)矩才開始下降。通過這個方法，基本上確定了聚丙烯粉料(CJS-6)在110℃、90℃的降解誘導(dǎo)期。隨著熱氧老化處理溫度的升高，降解誘導(dǎo)期逐漸縮短。在流變學(xué)表征的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展了對近降解誘導(dǎo)期聚丙烯粉料的紅外光譜表征的定量研究。采用

4、“抗氧劑凍結(jié)法”、“內(nèi)標(biāo)峰厚度校正法”、“羰基譜帶區(qū)域確定法”等方法對聚丙烯的紅外光譜測量進(jìn)行改進(jìn)，提高測量精度，把聚丙烯降解狀態(tài)的紅外光譜分析提高到定量分析的水平，把紅外定量表征量從羰基指數(shù)擴(kuò)展到羰基濃度，并通過對聚丙烯降解過程機(jī)理的研究，推導(dǎo)出利用羰基濃度估算數(shù)均分子量的定量公式，計算結(jié)果與GPC的測量結(jié)果相吻合，驗證結(jié)果的最大的相對誤差不超過1.4％，確定了這種方法的可行性。 運(yùn)用上述發(fā)展的近降解誘導(dǎo)期聚丙烯粉料紅外光譜定

5、量分析法，開展了對近降解誘導(dǎo)期聚丙烯粉料的羰基指數(shù)、羰基濃度、數(shù)均分子量等表征量隨熱氧老化處理時間歷程變化的深入研究，獲得了定量的函數(shù)關(guān)系式，用分峰擬合法對主要基團(tuán)的定量變化作了初步分析，研究了降解過程中的分子結(jié)構(gòu)的變化，分析了PP粉料降解產(chǎn)物的反應(yīng)機(jī)理，分析結(jié)果表明，隨著降解程度增大羧基峰的比例不斷增加，這為解決聚丙烯降解產(chǎn)物的難溶性問題奠定了基礎(chǔ)。此外，還提出了“降解程度的表征響應(yīng)”的概念，以解釋不同表征指標(biāo)所表現(xiàn)出來的降解程度的差

6、異。 本工作將流變學(xué)的研究和紅外光譜定量分析結(jié)合起來，設(shè)計了一組實驗，初步探索了聚丙烯粉料的控制降解誘導(dǎo)期現(xiàn)象。實驗結(jié)果表明，可以通過預(yù)先的受控降解處理，控制聚丙烯材料在所期望的時間內(nèi)發(fā)生降解，而經(jīng)過處理的聚丙烯材料在貯存使用期內(nèi)可以保持使用性能。 本工作的研究結(jié)果，為利用紅外光譜對近降解誘導(dǎo)期聚丙烯的分子結(jié)構(gòu)變化的定量分析提供了有效的測量手段，為從分子結(jié)構(gòu)變化的角度、從時間歷程的角度進(jìn)一步研究可控制降解誘導(dǎo)期聚丙烯環(huán)境