剪切条件下等规聚丙烯的结晶行为

聚丙烯是工业中应用最广泛的聚合物。聚丙烯在静态结晶时生成球晶，剪切后会生成排核，最终长成柱晶或纤维晶；在强剪切条件下会生成串晶。聚丙烯是一种存在多种晶型的聚合物，α型晶是热动力学最稳定的晶型，在一般实验条件下很难得到其他晶型；在剪切条件下聚丙烯会生成β晶-热动力学亚稳晶型。剪切会显著影响聚丙烯的结晶动力学：增加球晶的生长速率，缩短结晶诱导时间，增加活化晶核密度。人们提出了许多模型来解释剪切加速结晶动力学的实验现象，但是都有不足之处。     

等规聚丙烯/炭黑等温结晶过程中流变与导电行为的关联与同步测试

采用流变-导电行为同步测试方法,研究了等规聚丙烯(iPP)/炭黑(CB)复合体系的等温结晶行为,发现当CB体积含量φCB远高于渗流转变上限时,其体系的流变行为与导电性能均在某一特征时间处发生突变,电阻突变的特征时间短于动态储能模量(G′)或法向应力(FN)突变的特征时间,表明结晶诱导期存在CB粒子运动,促使CB粒子在晶粒尺寸增长期形成渗流网络;另一方面,与静态方法相比较,动态方法所测特征时间较短,表明动态方法对体系结晶结构变化的响应较静态方法更为灵敏.     

镧配合物对等规聚丙烯等温结晶性能的影响

利用Avrami方程和Lauritzen-Hoffman结晶动力学理论研究了一种镧配合物LaC对等规聚丙烯(iPP) 等温结晶行为的影响. 差示扫描量热法(DSC)和X射线衍射技术(XRD)研究表明, LaC的加入并未改变iPP的结晶形态, 但LaC的存在能提高体系的结晶度并显著加速iPP的结晶过程. 在130 ℃进行等温结晶时, 含0.5%LaC(质量分数)的iPP与纯iPP相比, Avrami指数n值无显著差异, 但前者总的结晶速率常数k值比后者提高约4倍,而半结晶时间t1/2值减少到后者的62%, Avrami方程分析结果表明LaC的存在主要起到增加晶核的作用. 利用Lauritzen-Hoffman结晶动力学理论, 通过对iPP在121 ℃、124 ℃、127 ℃和130 ℃下等温结晶的数据进行分析可知, 加入0.5%的LaC后, 体系的成核常数kg从纯PP的3.3×105 K2增加到PP/LaC的3.8×105 K2, 而结晶生长时大分子在垂直于分子链方向折叠的界面自由能σe从纯PP的0.223 J·m-2降低到PP/LaC的0.154 J·m-2, 表明LaC在iPP结晶过程中不仅起到增加晶核的作用, 同时使大分子链更易排入晶格, 即起到促进结晶成长的作用.     

等规聚丙烯在γ射线辐照下的链结构和结晶行为

利用凝胶渗透色谱(GPC)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和示差扫描量热(DSC)等手段对不同剂量γ射线辐照后等规聚丙烯(iPP)的分子链结构及结晶行为的变化进行了研究.结果表明,γ射线辐照使iPP的分子量下降,并在其分子链中产生羟基和羰基等极性基团,从而影响其结晶行为.在非等温结晶过程中,当辐照剂量≤50 kGy时,iPP的热结晶温度略有升高;增大辐照剂量,iPP的热结晶温度明显降低.iPP的熔融温度则随辐照剂量的增大而降低,且分裂成双峰.利用Avrami方程研究了辐照前后iPP的等温结晶动力学,发现辐照前后样品的Avrami指数n都在3左右,表明iPP的结晶遵循异相成核机理,且不受辐照剂量和等温结晶温度的影响,但总结晶速率随等温结晶温度和辐照剂量的升高而逐渐减小.探讨了iPP经过γ射线辐照后,分子链断裂、链结构变化和结晶速率之间的关系.     

剪切流场诱导iPP等温结晶行为的研究

利用流变学方法研究了剪切诱导等规聚丙烯(iPP)的等温结晶行为.在稳态剪切流场作用下,结晶初期的法向压应力和粘度基本为一定值,一定时间后,会出现增大并迅速上升的现象.在高剪切速率下,与粘度相比较,法向压应力突变的时间要早;剪切速率减小,二者趋于一致;当剪切速率很低时,法向压应力的值很小且超出了仪器的量程,只有粘度的值是可信的.针对该现象提出了一种新的结晶速率表征法,即利用法向压应力和粘度二者中较早的突变时间表征结晶诱导时间(ton).诱导应变γ=.γ.ton,q是决定剪切影响结晶行为的一个无量纲参数,可以将不同温度下的结晶诱导时间曲线组合成一条主曲线.     

等规聚丙烯/二元乙丙橡胶合金相分离对结晶动力学的影响

用小角激光光散射(SALLS)、相差显微镜(PCM)、示差扫描量热仪(DSC)和偏光显微镜(POM)研究了聚丙烯/二元乙丙橡胶(iPP/EPR)共混体系的相分离行为和等温结晶行为.发现iPP/EPR(50/50,W/W)发生的液-液相分离遵循spinodal机理.通过Cahn-Hilliard方程求得了不同实验温度下iPP/EPR的表观扩散系数(Dapp)以及spinodal温度(Ts).考察了不同相分离程度的iPP/EPR体系结晶动力学,发现延长相分离时间(tps)或提高相分离温度(Tps)均会导致半结晶时间(t1/2)增大,即结晶速率降低.这被归于EPR成核作用的降低.动力学分析结果表明Avrami模型适用于描述该体系的等温结晶过程,其结晶机理基本不受相分离程度的影响,结晶均以瞬时成核和三维生长为主.     

茂金属间规立构聚丙烯结晶动力学研究

用ＤＳＣ和密度法对茂金属间规立构聚丙烯（ｓＰＰ）样品进行了等温和非等温结晶动力学研究．测得平衡熔点Ｔ０ｍ为１５８℃,平衡熔融热焓ΔＨ０ｍ为３７ｋＪ／ｍｏｌ,侧表面自由能σ＝５２ｅｒｇ／ｃｍ２,折叠链表面自由能σｅ＝６９ｅｒｇ／ｃｍ２,链堆砌功ｑ＝３３７５ｋＪ／ｍｏｌ．对非等温结晶过程研究表明,由熔体结晶的ｓＰＰ具有非均相成核,三维球状生长机理．成核与生长活化能ΔＥ＝７３１ＫＪ／ｍｏｌ     

等规聚丙烯自成核的等温结晶动力学

近年来 ,有关等规聚丙烯 (i PP)的自成核研究已引起了人们的关注 [1 ] ,但有关其结晶动力学的报道并不多见 .Carfagna等 [2 ]用膨胀计法研究了 i PP在未完全熔融重结晶情况下的等温结晶动力学 ,得到的 Avrami指数远远小于 3 .张新远等[3 ] 研究了 i PP未完全熔融情况下的非等温结晶动力学 .到目前为止 ,i PP自成核的熔体降温等温结晶动力学尚未见报道 .本文在 i PP自成核研究的基础上 [4] ,用 DSC方法研究了 i PP自成核在较高温度下的等温结晶动力学 ,讨论了结晶机理 .结果表明 ,在本实验的自成核条件下 ,i PP依然是三维球晶生长 ,…     

过冷等规聚丙烯熔体的流变学行为

采用毛细管流变仪研究低于表观熔点的过冷聚丙烯熔体的流变学行为.过冷聚丙烯熔体先经过一段诱导期后,熔体发生凝胶化,剪切黏度在短时间内大幅度升高,最终固化结晶.在诱导期中,过冷聚丙烯熔体的流变行为与高于聚丙烯熔点的常规熔体的流变行为相仿.诱导期的长度与温度有关.在160℃下,诱导期的长度足够长,于是使用过冷聚丙烯熔体进行纺丝加工成为可能.实验结果表明,由过冷熔体制备的初生纤维各项性能与由高温熔体制备的初生纤维亦相似,因此,通过降低喷丝头温度的方法发展一种节能降耗的聚丙烯纤维制造技术有潜在的可能性.     

等规聚丙烯β晶型向α晶型的相转变行为研究进展

等规聚丙烯(iPP)是典型的多晶型半结晶性聚合物,其常见晶型有单斜(α),三方(β),三斜(γ)以及四方或双四方(e),其中稳定性最好的α晶型和处于亚稳态的β晶型工业和经济价值较大,因此二者之间的相转变行为得到了人们的广泛关注.本文综述了近年来β→α-iPP生长相转变的研究进展.在高临界温度(141°C)和低临界温度(100°C)区间内,β-iPP生长速率高于α-iPP,而温度高于141°C,或低于100°C,由于α-iPP在动力学上占优势,β-iPP会发生向α-iPP的生长转变.但由于α-iPP是热力学上最稳定的晶型,β-iPP熔融重结晶过程也会发生β→α-iPP相转变.此外,拉伸形变过程中也会发生β→α-iPP相转变,广泛用于制备聚丙烯气体交换膜、过滤膜或锂电池隔膜等.目前对变形过程中的β→α-iPP相转变机理还存在争议,本文也对2种主要的机理进行了介绍,并对聚丙烯晶型转变行为的研究方向进行了展望.     

聚-4-乙基苯酚抗氧剂对聚丙烯结晶行为的影响

通过差示扫描量热仪(DSC)和X射线粉末衍射仪(XRD)研究了聚-4-乙基苯酚抗氧剂对聚丙烯结晶行为的影响。 分别用Jeziorny法和Mo法处理非等温结晶动力学。 同时用Friedman法和Kissinger法计算其结晶活化能。 最后由结晶活化能与结晶温度的变化曲线求得Hoffman-Lauritzen参数成核速率常数(K_g)和迁移活化能(U^*)值,进而求得折叠链端表面自由能(σ_e)和分子链段折叠功(q)。 结果表明,抗氧剂的加入,使聚丙烯的结晶峰温度向低温区移动,结晶半峰宽变大,半结晶时间(t_1/2)增大,Jeziorny法所得的结晶速率常数(Z)降低,Mo法所得反映结晶速率快慢的参数F(T)提高,在相同结晶转化率下,结晶活化能负值变小。 Hoffman-Lauritzen参数K_g、U^*、σ_e和q值均增大。 所有变化均表明聚-4-乙基苯酚抗氧剂对PP的结晶有抑制作用。     

Vibration-dependent Crystal Form of Isotactic Polypropylene under Nonisothermal Crystallization

A study concerning the effect of vibration on the crystal structure and morphology for isotactic polypropylene(iPP) was conducted. The crystallite size. crystal structure and crystallinity of iPP under or without vibration treatment were investigated by means of differential scanning calorimetry(DSC) and wideangle X-ray diffraction(WAXD). The results reveal that the crystallinity of the vibrated samples decreases at a high cooling rate, but it remains constant at a low cooling rate because of the chain relaxation of iPP. It has been found that vibration obviously increases the content of β-form of crystal phase and the amount of β-crystal mainly depends on the vibration amplitude.     

去氢枞酸类成核剂改性聚丙烯的非等温结晶动力学研究

对以去氢枞酸盐为成核剂的聚丙烯非等温结晶动力学进行了研究，用修正Avrami方程的Jexiorny法和莫志深法进行处理。结果表明：修正Avrami方程的Jeziorny方法和莫志深法都适用于去氢枞酸类成核剂改性的聚丙烯的非等温结晶动力学。在同样的降温速率下纯聚丙烯的t1/2比成核聚丙烯的t1／2要长，当降温速率为20K/min时，纯聚丙烯和成核聚丙烯的t1/2分别为0．78min和0．51min。同时从莫志深法得到的F(T)结果可以看出，达到相同的结晶度时纯聚丙烯所需的降温速率要大于成核聚丙烯所需的降温速率，说明成核剂的加入提高了聚丙烯的结晶速率。从Jeziorny法求出的纯聚丙烯和成核聚丙烯的Avrami指数分别为4．46和2．77，表明成核剂改变了聚丙烯的结晶成核和生长方式。     

稀土氧化物对PP-g-MAH结晶行为的影响

稀土氧化物对PP-g-MAH结晶行为的影响;全同立构聚丙烯;稀土氧化物;结晶行为;异相成核     

链缠结对等规聚苯乙烯结晶的影响

在1×10^－3～2×10^－5 g•mL^－1溶液浓度范围内, 用溶液雾化冷冻升华法制备了等规聚苯乙烯(i-PS)的单链、寡链非晶态聚集体. 随着溶液浓度降低, i-PS分子链团间的分离程度增大, 链间缠结随之减少, 因此冷冻升华制备的样品中单、寡链线团数目逐渐增多. DSC研究结果表明随着溶液浓度的降低, 冷冻升华样品的结晶温度逐渐降低; 等温结晶得到的晶粒熔点和结晶度降低. 由浓度为2×10^－5 g•mL^－1溶液制备的i-PS样品在468.3 K熔体结晶60 min后, 得到平均体积约为1.5×10⁴ nm³的单链晶粒. 用SEM观察到晶粒尺寸约为20～50 nm. 采用偏光显微镜(POM)测量了不同温度等温时i-PS单、寡链聚集体球晶的生长速率. 用Hoffmann理论进行了描述, 计算得到了i-PS单链聚集体熔体结晶片晶的端表面能(σ_e)为30.2 erg•cm^－2, 侧表面能(σ)为5.7 erg•cm^－2及单分子链折叠功(q)约为4.5×10^－13 erg•molecule^－1. 与文献值相比, 实验结果表明链缠结对聚合物结晶有很大影响.     

聚丙烯基纳米碳纤维复合材料结晶行为研究

采用示差扫描量热法(DSC)研究了纳米碳纤维对PP／CNF复合材料中PP结晶行为的影响。结果表明：纳米碳纤雏可提高PP的结晶温度，但略降低其结晶速率和结晶度。提高纳米碳纤雏含量或减小纳米碳纤雏直径，PP结晶行为的上述变化更为明显，但结晶速率随纳米碳纤维含量出现先减小后增大的趋势。     

聚丙烯熔融接枝马来酸酐反应机理的研究

改变聚丙烯（PP）熔融接枝马来酸酐（MAH）反应中的单体和引发剂的浓度以及添加适当助剂,考察了接枝产物的接枝率和恒定剪切应力（600kPa)及温度（210℃）下的剪切粘度,验证了作先前所提出的PP熔融接枝MAH的反应机理。即：在PP熔融接枝MAH的过程中,过氧化物自由基在熔融接枝过程中直接引发MAH单体及MAH单体在聚丙烯的大分子链段发生β断裂前直接被其引发而产生的接枝反应是影响产物的接枝率和分子量的关键。在不改变单体和引发剂浓度的情况下,降低过氧化物自由基在熔融接枝过程中直接引发MAH单体反应的程度而提高聚丙烯的大分子自由基直接引发MAH单体的反应趋势,是提高接枝产物接枝率和分子量的有效途径。     

Comparison between Polymorphic Behaviors of Ziegler-Natta and Metallocene-Made Isotactic Polypropylene: The Role of the Chain Microstructure

An analysis of the polymorphic behavior of samples of isotactic polypropylene (iPP) prepared with heterogeneous Ziegler-Natta catalysts is presented. A comparison with the crystallization properties of iPP samples prepared with a single center homogeneous metallocene catalyst is also shown. Samples of Ziegler-Natta iPP samples, prepared with MgCl₂-supported catalysts, have been fractionated by extraction with boiling solvents. The irregular fraction, insoluble in diethyl ether and soluble in hexane, crystallizes from the melt almost totally in the γ form. The more stereoregular fractions crystallize instead basically in the α form. The relative amount of γ form crystallized from the melt is much lower that that observed in samples of metallocene-made iPP containing comparable amount of defects. While in the metallocene-made iPP the distribution of defects along the chains is random, in Ziegler-Natta iPP samples the majority of defects are segregated in a small fraction of poorly crystallizable macromolecules or in more irregular portions of the chain, so that much longer fully isotactic sequences can be produced, leading to the crystallization of the α form. This analysis allows concluding that some fractions of Ziegler-Natta iPP are characterized by chains with a stereo-block microstructure, consisting in regular isotactic sequences linked to more irregular sequences.     

流场作用对聚丙烯结晶成核过程和晶体生长过程动力学的影响

通过改进基于构象张量构建的流动诱导结晶理论模型,考虑了流场对结晶生长的影响,对比研究了流场作用对聚丙烯(PP)结晶过程中成核与晶体生长两阶段速率的不同影响程度.理论研究表明,虽然相比成核过程,流场诱导作用对PP晶体生长速率的加速程度有限,但要更为精确地描述流动引起的整个结晶动力学过程,特别是在剪切速率较高且熔体结晶温度较低的情况下,考虑流场对结晶生长速率的影响是十分必要的.研究结果还显示,由于分子链的松弛作用,PP在较低温度下的晶体生长速率受剪切流场的影响要大于较高温度下的影响.本文理论预测结果与实验现象和实验数据的很好吻合亦说明模型改进的合理性和可行性.     

Crystallization and Melting of β-Nucleated Isotactic Polypropylene

Ca salts of suberic (Ca-Sub) and pimelic acid (Ca-Pim) were synthesized and used as β-nucleating agents in different grades of isotactic polypropylene (IPP). Propylene homo-, random- and block-copolymers containing these additives crystallize principally in pure β-modification as demonstrated in isothermal and non-isothermal crystallization experiments. Ca-Sub proved the most effective β-nucleating agent known, so far. It broadens the upper crystallization temperature range of pure β-IPP formation up to 140°C. The effect of the additives on the crystallization and melting characteristics of the polymers was studied. The degree of crystallinity of the β-modification was found to be markedly higher than that of α-IPP. High temperature melting peak broadening was first observed and discussed in literary results regarding the same phenomenon for α-IPP. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.