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聚苯硫醚pps氧化交联机理研究_

发布时间:2019/5/13 16:34:58阅读人次:4969

线型高分子量 PPS 树脂成功商业化之前,工业化生产的 PPS 树脂普遍存在分子量较低的缺陷,因此需经过热氧交联或化学交联提高分子量,降低流动性来挤出造粒制备复合材料,所以当时的 PPS 树脂也存在着耐冲击性差、性脆的缺点。因此,当时的研究学者对 PPS 树脂的氧化交联研究主要是为了提高分子量,改善性能和方便应用。

V.A.Sergeev K.Shitikov最先研究探讨了 PPS 在空气中的高温交联过程,认为PPS 的热氧化交联主要是在苯环上发生自由基反应。R.T.Hawkins等人对 PPS 树脂进行了化学固化研究,提出氧化交联与热交联为固化时的主要副反应,并还对PPS在高温空气中(370℃,24h260℃,16 h)的热固化进行了研究,提出PPS热固化会形成芳醚单元交联结构,并不会产生羟基或者亚砜基和砜基。

R.M.Black等人也对PPS的交联固化机理进行了研究,认为 PPS 的固化机理是一个结合交联、分子链断裂和氧化反应的复合过程,而 PPS 深度交联则是分成分子链先失去 H、再失去S最后获得O三个阶段的固化过程;M.Park分别在空气和氮气氛围中于 210~250  ℃下对PPS树脂进行热处理,并利用差示扫描量热仪(DSC)测试分析热处理后PPS 的吸放热变化,发现仅在空气氛围下热处理过的 PPS 树脂有明显的放热峰,且热处理温度越高,放热峰越明显,表明 PPS 空气氛围下热处理会产生氧化交联;同时其还研究了热处理温度,气体氛围及树脂颗粒尺寸对 PPS 交联的影响,发现升高热处理温度会加速交联速率和程度,热处理温度不影响到达最大交联速率的时间,增加气体氛围中氧含量浓度也会提高 PPS 的交联速率和程度,PPS 树脂颗粒的尺寸越小交联反应速率越快。

A. P. Gies等人对线型和环状PPS 树脂进行热处理并利用 MALDI-TOF/TOF CIDPy-GC/MS等表征方法测试 PPS分子链段的形状、构造、封端基和分子链变化,其发现PPS分子链中以P-PP-S形式封端的链段结构总是被优先检测到,但以 S-S 形式封端的链段结构被次级反应抑制,PPS树脂在含氧氛围下发生交联时,氧原子与硫原子形成亚砜基官能团结合到PPS大分子主链上,同时 PPS 经热处理后分子量会增大,这一过程包括 PPS 的线型链增长,氧化交联和硫苯基团的置换反应。

国内学者也对 PPS 树脂的氧化交联展开了较多的研究。何国仁等人利用X射线衍射仪(XRD)270℃下热处理的PPS树脂进行研究分析,发现PPS经过固相热处理会导致结晶度降低,认为其是一个包含物理变化和化学变化的复合过程,一方面PPS大分子链在高温含氧条件下会形成 124-三取代苯结构连接点,另一方面这些连接点会在 PPS 树脂热处理回冷时产生空间阻碍作用,造成相关链段难以重新排入晶格,因而结晶度降低。

周宇等人在空气条件下对 PPS 树脂进行热处理,发现随着 PPS 在空气中热处理的时间越长,Mw和熔融黏度会大幅增长,热稳定性会提高,其认为这主要是由链增长和热氧交联反应导致的;段涛等人研究了热交联处理与 PPS 结晶行为间的关系,发现 PPS 球晶的生长速率随着热处理时间的增加呈现先增大后降低的趋势,同时经过适当的热处理时间后,PPS 的球晶结构会更加完善。;

谭世语等人结合静态理论和量子化学计算法对 PPS 的交联机理进行研究,对 PPS 分子模型和自由基模型进行了量子化学计算,发现 PPS 分子链中 C-S 键键级最小,高温条件下分子链中 C-S 键最先断裂产生自由基,C-S 键易在热氧环境下氧化形成亚砜基或砜基,同时 PPS 苯环上的 C 反应活性较大苯环因此也易发生交联,在熔融加工过程中,减少 PPS O2的接触能大幅减小自由基反应速率,因此可以减缓 PPS 热交联的速度。

吕亚非等人分别对 PPS 树脂进行固相热氧化和熔体热氧化处理研究其结构变化,发现 PPS 经固相热处理后结晶会完善,相对分子质量会增大,仍能保持线型结构但结晶度有所下降,而 PPS 熔体热处理后会形成交联网状结构,结晶度会下降甚至呈现无定形状态;张统等人研究了热处理与 PPS树脂结构和性能之间的联系,表明高于PPS熔点时对其热处理,PPS产生氧化交联或链增长,结晶度减小,而分子量、韧性和延展性却得到改善。

目前,PPS 树脂交联的方法主要有热氧交联和化学交联两种,并以热氧交联为主。国内外研究学者的研究表明,PPS 树脂 150~350  ℃中自身会发生链扩展和交联反应,从而增大自身分子量并在不改变 PPS 树脂热塑性加工的前提下拉伸强度、模量、韧性和热稳定性得以提升,同时在 O2氛围下交联速率会提升,其热氧交联机理如图所示。

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PPS 热氧化交联机理示意图