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同质异构交联型高分子增强增韧母粒的研究前言上世纪80年代以来，高分子材料的研究重点转向聚合物凝聚态物理、材料加工与高性能化、功能化等方面；或通过加工改变单一聚合物聚集态，或将不同聚合物共混使性能普通高分子材料变成可工程应用的高性能材料。据统计，在改善和提高聚合物的性能中，主要包括冲击韧性、加工性能、拉伸强度、弹性模量、热变形稳定性、燃烧性能、热稳定性、尺寸稳定性等，其中获得高的冲击韧性、高的拉伸强度和良好的加工性能位居前三位，成为聚合物材料改性的主要目标。作为结构材料的高分子，强度和韧性是两项最重要的力学性能指标。以往的研究表明，橡胶能有效地增韧，但会造成强度较大幅度下降；无机填料能有效地增强，但往往造成冲击韧性明显下降。因此，如何获得兼具高强、高韧综合性能优良的高分子材料，实现同时增韧和增强改性一直是高分子材料科学研究中的一个重要课题和应用研究热点。近年来，随着对弹性体增韧机理的更进一步认识，人们在提高弹性体的增韧效果和新型弹性体的研究与应用等方面都开展了研究。弹性体增韧体系的强韧性与弹性体的种类，分散相的结构、粒子大小及分布，界面粘结以及基体等因素有关。有人采用弹性模量比橡胶类聚合物高1-2个数量级的EVA作为PP的增韧改性剂，研究了原料配比、工艺条件和微观结构对体系性能的影响。研究表明，共混物的增韧机理主要是EVA分散相粒子的界面空洞化引起PP基体屈服。该共混物在冲击强度大幅度提高的同时，刚性相对下降很小，并且具有良好的加工性能，其综合性能优于PP/EPDM共混物。通过改善弹性体的粒径大小及其分布、粒子与基体的界面相互作用等来达到共混材料的强韧化，已有很多文献报道。有研究表明，质量比为80/20的动态硫化PP/EPDM和70/30非硫化型PP/EPDM的韧性几乎相同，这说明可以用更少的弹性体用量而达到同样的增韧效果以保持PP的刚性和耐热性。弹性体与刚性粒子并用增韧：刚性粒子增韧的理论是建立在橡胶增韧理论上的一个重要飞跃。弹性体增韧虽使材料的韧性大幅度提高，但同时使材料的强度、刚度、耐热性及加工性能大幅度下降。对此，近年来有人提出了用刚性粒子增韧聚合物的思想，希望在提高材料韧性的同时保持材料的强度，提高材料的刚性和耐热性等。因此有人想出将弹性体与刚性粒子并用的增韧增强理论，研究表明：刚性有机粒子增韧聚合物二元合金体系在韧性提高的同时，不降低材料的强度和刚性；对于刚性无机粒子增韧聚合物二元复合体系，在一定条件下表现出同时增韧增强，但韧性的提高幅度有限。相比之下，无机纳米粒子常常可以较大幅度地增韧增强聚合物；纤维增强聚合物复合材料的拉伸强度、弯曲强度等一般都大大提高，但体系的韧性提高很小，往往呈下降的趋势。上述通过优化增韧、增强体系的形态结构，或添加刚性粒子来提高聚合物的综合性能，其效果仍然有限。本文另辟蹊径提出了一种同质异构交联型高分子增韧增强母粒，此种母粒可以作为高分子材料的改性剂，用于高分材料的增韧增强以制得高韧、高强的高分子材料。同时由于这种母料是交联型的大分子将其添加到高分子材料中对普通高分子材料的综合性能的提升也有一定的效果。实验部分实验机理:同质异构分散理论是指将同一种物质的交联料粉碎到一定的粒径后与该物质未交联的料混合，将交联粒子分散在未交联的料中作为交联点，形成同质异构分散相结构。此种结构类似于海岛结构，其中交联料作为岛分散在未交联的料中。具有此种结构的母料对普通高分子材料具有增韧和增强的作用。1.交联母料的制备本文中介绍的交联母料是以普通高分子树脂为基础材料，由硅烷为接枝材料在聚合物大分子链间形成化学共价键以取代原先的范德华力，使分子成为三维立体网络结构，其原理是通过游离的自由基引发剂的作用，硅烷的烷氧基与带双键的树脂材料发生加成反应生成硅烷接枝含硅脂的聚合物，硅脂水解成硅醇基，最后通过硅醇缩聚反应产生交联结构，形成交联母料。硅烷交联工艺:本文中硅烷交联的方法是在硅烷一步法的基础上发展而来的，其主要的过程是将聚合物和添加剂分别制作成为A料和B料。A料主要包括聚合物、硅烷交联剂和引发剂，B料主要包括聚合物、催化剂和抗氧剂。A、B料按规定称重后用混合机混合，并分别在挤出机中挤出造粒。在造粒的同时，A料已经完成接枝反应，再通过将A、B料按一定的比例混合后再次放入挤出机中，挤出造粒形成交联母料。以下是制得的交联母料对一些常用塑料主要性能的影响。2.交联母料对PP各主要性能的影响0.00.20.40.60.81.020.020.220.420.620.821.021.221.4拉伸强度(MPa)交联母粒用量（phr)B0.00.20.40.60.81.010.510.610.710.810.911.011.111.211.311.4冲击强度（KJ/m2)硅烷用量（phr)B0.00.20.40.60.81.00.2000.2050.2100.2150.2200.2250.2300.2350.2400.245熔融指数（g/10min)交联母粒用量（phr)B3.交联母料对ABS各主要性能的影响0.00.10.20.30.419.019.520.020.521.021.522.0拉伸强度（Mpa)交联母粒用量（phr）B0.00.10.20.30.410.410.610.811.011.211.411.611.812.0冲击强度（KJ/m2)交联母粒用量（phr)B0.00.10.20.30.40.190.200.210.220.230.24熔融指数（g/10min)交联母粒用量(phr)B4.交联母料对尼龙各主要性能的影响0.000.020.040.060.0820.020.521.021.522.022.523.0拉伸强度（MPa）交联母粒用量（phr）B0.000.020.040.060.089.510.010.511.011.512.012.513.013.5冲击强度（KJ/m2)交联母粒用量（phr）B0.020.030.040.050.060.070.08-0.020.000.020.040.060.080.100.120.14熔融指数（g/10min)交联母粒用量（phr）B结论由上述实验图表可以看出同质异构交联型高分子增韧增强母粒对PP、ABS、以及尼龙的韧性和强度有增强的效果且在一定的范围内随着交联母粒用量的增加对应材料的韧性和强度也随之增大，此外由交联母粒用量的增加对应材料的熔融指数稍有下降，可以看出交联母料的加入会使材料的流变性稍有变化，整体来看，同质异构交联型高分子增韧增强母粒的加入对PP、ABS、以及尼龙的综合性能的提高有明显的效果，因此可以将此种母料推广作为普通高分子材料的改性剂使普通高分子材料改性成为可工程应用的高性能材料。但此种交联型大分子母料对常用塑料其他性能的影响还有待进一步研究。