一种研究聚合物非等温结晶动力学的方法

作者基于多年对聚合物结晶动力学方面研究的工作积累,联合Avrami方程和Ozawa方程,提出了一种研究聚合物非等温结晶动力学的新方法.该方法既克服了使用Ozawa方程所获得的数据点过少,常常出现非线性,不能获得可靠的动力学参数的缺点,又克服了使用经Jeziorny修正的Avrami方程所获得的表观Avrami指数无法准确预测非等温过程成核生长机理的缺点.该方法已成功用于多种聚合物体系,被国内外学者引用数百次,已成为研究聚合物非等温结晶动力学一种有效方法.     

聚氧化乙烯(PEO)/聚双酚A羟基醚(PBHE)共混体系的非等温结晶动力学

本文联系Avrami方程和Ozawa方程,得出一个适合于非等温结晶动力学过程的新的基本方程,由这个方程可获得描述非等温结晶动力学过程的某些参数,并用DSC方法,对PEO/PBHE共混体系的非等温结晶动力学进行了研究,对实验结果进行了讨论.     

苯乙烯-丙烯等规立构嵌段共聚物(iPS-b-iPP)的非等温结晶动力学的研究

用DSC法研究了苯乙烯-丙烯等规立构嵌段共聚物的非等温结晶动力学。结果表明:冷却速率在5～20℃/min范围内,共聚物的非等温结晶动力学参数能很好地符合Avrami动力学方程,非等温结晶速率常数与冷却速率有关,动力学结晶能力则同时受到冷却速率和共聚物组成比的影响。文中还讨论了在非等温结晶条件下共聚物的结晶成核和生长方式与共聚物组成和结构的关系。联合Avrami方程和Ozawa方程推导的非等温结晶动力学方程较好地描述了iPS-b-iPP嵌段共聚物的非等温结晶动力学过程。     

PA6T的非等温结晶动力学

采用示差扫描量热仪(DSC)考察了PA6T的非等温熔融结晶过程,分别采用Avrami方程、Ozawa方程及Mo提出的新方程对PA6T的非等温动力学数据进行比较分析,计算了相关非等温结晶动力学参数和非等温结晶活化能。结果表明:对于PA6T,用Mo法处理得到的结果更理想。     

尼龙1218的等温及非等温结晶动力学研究

采用示差扫描量热计DSC考察了一种新型长烷基链偶偶尼龙 尼龙 12 18 自熔体的结晶过程 ,分别利用Avrami方程和Ozawa方程对等温及非等温结晶动力学进行了描述与研究 ,计算了相关的结晶动力学参数 ,得出相应的结晶机理 .最后计算了等温结晶活化能和非等温结晶活化能 ,依此得到烷基链段长度与尼龙结晶过程有密切关系     

聚丙烯-g-聚氨酯共聚物的非等温结晶动力学研究

用DSC法研究了聚丙烯 (PP)和聚丙烯接枝聚氨酯的共聚物 (PP g PU)在不同冷却速率下的非等温结晶动力学 .用Avrami方程和莫志深改进法对DSC测定结果进行了处理 ,结果表明 ,PP g PU的动力学参数能很好的符合Avrami方程和莫志深改进方程 .PP接枝了聚氨酯支链后 ,结晶速率增大 ,球晶的生长和成核机制也相应发生改变 ,而其变化规律与接枝物的组成和结构密切相关     

PET/PEN/DBS共混物非等温结晶动力学研究

采用DSC方法, 用修正的Avrami, Ozawa, Ziabicki宏观动力学模型描述PET/PEN/DBS[PET: 聚对苯二甲酸乙二醇酯; PEN: 聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯; DBS: 1,3∶2,4-二(亚苄基)-D山梨醇]共混物的非等温熔融结晶过程, 研究结果表明, 修正的Avrami模型能很好地描述此共混物非等温结晶过程. 冷却速率在5-20 ℃/min范围内, Ozawa方程能很好地描述初期结晶过程, 但结晶后期由于忽略次级结晶而不适宜. 由Ziabicki结晶动力学参数可知, 该共混物的结晶随着成核剂DBS含量的增加而降低, 结晶速率随着成核剂DBS含量的增加而提高. 在非等温结晶条件下, 共混物结晶同时受到冷却速率和共混物组成的影响, 与共混物非等温结晶过程的有效能垒分析结果基本一致.     

聚乙交酯非等温结晶行为研究

利用差示量热扫描热分析仪(DSC)测得了不同降温速率下聚乙交酯(PGA)的非等温结晶的温度-热焓曲线。分别通过Ozawa法、Jeziorny法和莫志深法对PGA的非等温结晶机理进行了分析。Ozawa法结果表明:在给定的温度范围内,Ozawa法并不适用于描述PGA的非等温结晶行为;Jeziorny法结果表明:不同降温速率下,PGA结晶过程的Avrami指数(n)接近4,PGA非等温结晶为均相成核、晶粒三维增长的过程;莫志深法结果表明:Avrami指数与Ozawa指数的比值(a)基本无变化,动力学参数f(T)随降温速率增加逐渐增大,即在更快的降温速率下,PGA结晶更充分,可获得更高的结晶度。通过Kissinger方程计算得到的PGA结晶扩散活化能为-66.9kJ/mol。     

间规1,2-聚丁二烯的非等温结晶动力学

结合Avrami和Ozawa方程,构筑了一个新的聚合物非等温结晶动力学方程.以铁催化体系间规1,2聚丁二烯(st- 1,2PB)为例,将新方法与其他常用的Jeziony和Ozawa方法的处理结果进行比较.发现由Jeziony方法分析得到的表观Avrami指数不能直接用于预测st -1,2PB的非等温结晶机理.由Ozawa方法分析实验数据,得到的线性关系很差,因此也很难得到可靠的动力学参数.而采用新方法可得到一系列线性关系较好的直线.根据新参数a与表观Avrami指数n和Ozawa指数m的关系,st -1,2PB的结晶机理可以预测且与等温方法获得的结果有可比性.这种新方法已应用于聚醚酮、聚酰胺、聚烯烃、烷基取代聚噻吩、聚(β-羟基丁酸酯)及其共混物等多种聚合物体系中.     

测定高聚物结晶动力学参数的非等温理论和方法

对测定高聚物结晶动力学参数的非等温结晶理论和等速变温ＤＳＣ方法进行了讨论，文中包含了作者在此领域研究工作的最新进展。     

己内酯和2,2-二羟甲基丁酸共聚酯的非等温结晶动力学研究

采用示差扫描量热仪(DSC) 研究了具有生物相容性及可降解性P(BHB-CL)超支化共聚酯的非等温熔融结晶过程, 分别采用Avrami 方程、Ozawa 方程和Mo方程对P(BHB-CL)共聚酯的非等温动力学数据进行比较分析, 计算了相关的非等温结晶动力学参数, 并利用Kissinger方程计算其非等温结晶活化能. 结果表明, Mo方程更适合描述P(BHB-CL)共聚酯的非等温结晶过程.     

高聚物非等温结晶动力学

由于等温ＤＳＣ法测定结晶动力学参数在实验上存在着一定的局限性，这些缺点可通过非等温ＤＳＣ法来克服。本文基于上述观点介绍了高聚物非等温结晶动力学的理论和实验方法，并对影响动力学过程的一些因素进行了讨论，对非等温结晶动力学的最新情况及发展倾向，应用情况作了介绍。     

低密度聚乙烯/乙丙烯三元共聚(LDPE/EPO)共混体系的结晶动力学

用DSC方法研究了LDPE/EPO共混体系的等温及非等温结晶动力学,对LDPE/EPO共混体系的等温结晶动力学研究表明,共混物是三维生长的异相成核,共混物在各个结晶温度下的结晶过程都是以方式K_g(Ⅱ)进行的.采用联系Avrami方程和Ozawa方程导出的新非等温结晶动力学方程,处理了LDPE/EPO共混体系,得到了非等温结晶过程的一些基本参数,新方程很好地描述了此共混体系的非等温结晶动力学过程.     

乙烯-辛烯共聚物/淀粉共混体系的非等温结晶动力学

通过差示扫描量热仪(DSC)研究了乙烯-辛烯共聚物/淀粉共混体系的非等温结晶动力学,用Jeziorny和Ozawa方程描述了结晶动力学过程.共混物的结晶温度和结晶焓强烈依赖于淀粉含量和冷却速率.结果表明,随着冷却速率的增加,每个试样的结晶放热曲线均变宽,并向低温区移动.当温度一定高时,所有试样均具有较快的结晶速率. Jeniorzy方程可以较好地描述POE/淀粉共混物的非等温结晶模式,而Ozawa方程对于POE/淀粉共混体系不太适合.     

聚2-吡咯烷酮的非等温结晶动力学

用差示量热扫描热分析仪(DSC)测试了不同降温速率下聚2-吡咯烷酮(PPD)样品的温度-热焓曲线,样品黏均分子量为2.2×10~4,熔点为272℃。采用Jeziorny法、Ozawa法和莫志深法分析了PPD的非等温结晶动力学。结果表明,在给定降温速率范围内,Ozawa法不适用于描述PPD的非等温结晶动力学过程,Jeziorny法只适用于描述PPD的主结晶阶段,而莫志深法能很好地描述整个结晶过程。Jeziorny法处理结果表明,PPD主结晶阶段的Avrami指数(n)为1.68~1.78,晶体生长为准二维生长。莫志深法处理结果表明,在单位结晶时间里达到某一相对结晶度所需的降温速率随相对结晶度的增加而增大。用Kissinger方程求得PPD的非等温结晶活化能为-31.9kJ/mol。     

PVA／PVP共混体系的非等温结晶动力学

用Mandelkern和Ziabicki理论方法求得PVA及PVA/PVP共混物结晶动力学参数Z_C和动力学结晶能力G_C值,并进行了讨论。得到的Avrami指数n不随冷却速度变化,但随非晶组分PVP的加入有所减小,加入量达百分之四十以后n由3降到2;G_C值则随非晶组分的加入而增大,当PVP加入量大于百分之三十时,G_C值不再发生明显变化。同时实验表明该高聚物及其共混体系不适合于Ozawa非等温结晶动力学方程。     

PA13N的合成和非等温结晶动力学研究

采用DSC方法研究了PA13N在不同降温速率下的结晶过程,并利用Avrami方程研究了其非等温结晶动力学。在非等温结晶过程中,随着降温速率的增大,结晶温度向低温偏移。综合利用Avrami方程得到Avrami指数为1.35~1.88和结晶速率常数Zc≈1;并求得其结晶活化能为-58.42kJ/mol。结果表明,PA13N的结晶能力小于其他脂肪族尼龙。     

聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料非等温结晶动力学的研究

用熔融插层法制备聚丙烯 蒙脱土纳米复合材料 ,用DSC手段研究了其非等温结晶行为 ,并与聚丙烯进行了对比 .对所得数据分别用修正Avrami方程的Jeziorny法、Ozawa法和Mo法进行处理 .结果表明 ,用Jeziorny法和Mo法处理非等温结晶过程比较理想 ,而用Ozawa法处理则不太适用 .用Jeziorny法求出的参数Zc和n随冷却速率的增加而增加 ,但复合材料的Zc 和n略大于聚丙烯的Zc 和n ,用Mo法求出的参数F(T)随结晶度的增加而略有增加 ,a几乎未变 ,复合材料的F(T)略小于聚丙烯的F(T) ,复合材料的a约为 1.40略大于聚丙烯的a(其值约为 1.0 4) .按Kissinger方法计算出聚丙烯及聚丙烯 蒙脱土纳米复合材料的结晶活化能分别为 189.37kJ mol,15 5 .6 9kJ mol,说明有机蒙脱土的加入 ,降低了聚丙烯的结晶活化能 ,起到了异相成核的作用     

反式1,4-聚丁二烯的非等温结晶动力学研究

采用Nd(P5O7),-LiBu-AlEt3和AlEt3-VCI3两种催化剂体系分别合成了两种分子量与反式1,4单元结构含量不同的反式1,4-聚丁二烯样品(TPBD)。用DSC方法不仅研究了两样品六方相晶体的非等温结晶过程,同时还对单斜相结晶的非等温动力学过程进行了研究。Avrami方程分析显示,在低结晶度下TPBD六方相和单斜相的结晶生长过程呈现热成核的三维球晶生长。研究表明：虽然Ozawa方程在较低温度下能描述TPBD的六方相结构的实验数据,但不能完全描述在较高温度下六方相及单斜相非等温结晶过程,而用莫志深等建议的方程则能很好地描述TPBD六方相和单斜相非等温结晶过程。由Kissinger方程得到TPBD六方相和单斜相结晶的平均结晶活化能分别为-165．8kJ／mol和-220.5kJ／mol。     

单轴取向聚对苯二甲酸乙二酯非等温结晶动力学研究

采用等速升温DSC方法对单轴取向聚对苯二甲酸乙二酯 (PET)的结晶过程进行了研究 ,发现单轴取向PET的冷结晶峰表现为多重结晶峰 .等温DSC方法的研究结果进一步证实结晶重峰的存在 .为此 ,本文提出了一种依据非等温DSC曲线解析高聚物结晶动力学参数的新方法 .对单轴取向PET的研究结果表明 ,与其他方法相比较 ,由新方法计算出的理论曲线与实验数据能更好地吻合 .单轴取向PET的总的结晶过程由三个子结晶过程组成 .根据不同拉伸比 ,各个子过程的Avrami指数和质量分数的变化 ,对结晶机理进行了解释 .与各向同性PET样品相比 ,单轴取向PET在低温部分的结晶速率明显增快