核壳可控ASA的合成制备与性能研究毕业论文
2022-05-25 21:33:54
论文总字数：24119字
摘 要
苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸酯的三元共聚物（ASA）作为一种重要的工程塑料，拥有许多非常优异的性能，在各行各业都被广泛的使用。然而，随着人们生活节奏的不断加快，ASA也在不断的接受着人类严峻的考验，一些性能已渐渐无法满足人们在特定领域的需求。因此，制备高性能的ASA成为大家研究的热点。
本文主要研究了含有不同核壳（PBA/SAN）比例ASA的合成方法，并对不同核壳配比下制得的ASA的性能特点进行探索研究。
本次试验主要利用乳液聚合法制备ASA，先对反应单体进行纯化，再制备PBA种子乳液，扩径后与制得SAN壳层进行聚合得到ASA乳液，干燥成膜后进行压片、锯条、冲片等工作，最后利用电子万能试验机、冲击试验机、邵氏硬度仪、粒径仪、动态机械热分析仪（DMTA）、红外光谱仪（FTIR）等仪器对合成ASA的力学性能、微观粒径、以及基团特征等进行了测试与表征。结果表明，PBA粒子的直径通过扩径后增大了两倍多，达到了理想效果，并且ASA粒子的直径随着PBA含量的增加而减小；ASA的拉伸强度、弯曲强度以及硬度均随着PBA含量的增加而规律性减小，冲击强度则在PBA含量为40%达到一个极大值为32.9KJ/m2 ；通过FTIR的图谱特征分析得到不同PBA含量对制备ASA的内部结构并无额外影响。
关键词：ASA 不同核壳比 核壳结构 合成制备
Study on the synthesis and properties of ASA with controllable core-shell structure
Abstract
Acrylonitrile-styrene-acrylate terpolymer (ASA), which is a kind of important engineering plastics and has a large number of excellent properties, is widely used in various industries. However, with the continuously accelerating pace of people’s life, ASA is constantly receiving a severe test of humanity, and some properties has gradually unable to meet people’s needs in some specific areas. Therefore, the preparation of ASA with better properties has gradually become a hot research.
In this paper, the synthesis methods of ASA with different core-shell (PBA/SAN) ratio were studied. And the properties of these synthesized ASA were mainly studied. In this experiment, ASA was mainly prepared via emulsion polymerization. The monomers were purified at first. Then the PBA seed emulsion was prepared followed by grafting the SAN shell onto the PBA core. The test samples were prepared by the following works including drying the ASA latexes, tabletting, saw blade, and stamping. Finally, the impact testing machine, electronic universal testing machine, Shaw hardness tester, particle size tester, infrared spectroscopy (FTIR), dynamic mechanical thermal analyzer (DMTA) and other equipment were used to characterize, the rheological properties, micro particle size ,group characteristics and compatibility of the synthesized ASA. The results showed that the particle diameter of PBA increases more than twice times after expanding, which reaches the ideal state. The particles diameter of ASA decreases with the increasing PBA content; The tensile strength, flexural strength and hardness regularly decrease with the increasing PBA content. The threshold value of impact strength is 32.9 KJ/m2 when the PBA content is 40%. It is obtained by FTIR spectrum that different PBA contents have no additional chemical effects on the inner structure of prepared ASA.
Keywords: ASA; Different core-shell ratios; Core-shell structure; Synthesis and preparation
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 前言 1
1.1 课题背景 1
1.2 国内外进展 2
1.2.1 国外进展 2
1.2.2 国内进展 3
1.3 本课题的工作内容 4
第二章 理论部分 5
2.1 ASA树脂简介 5
2.1.1 ASA树脂的结构 5
2.1.2 ASA的制备方法 5
2.1.3 ASA树脂的性能 8
2.1.4 ASA树脂的应用 9
2.2 影响ASA树脂冲击强度的主要因素 10
2.2.1 橡胶相种类 10
2.2.2 橡胶相含量（核壳比） 10
2.2.3 橡胶相粒子的粒径 10
2.2.4 接枝效果 10
第三章 实验部分 12
3.1 实验用原材料 12
3.2 实验仪器与设备 12
3.2.1 合成阶段主要的仪器设备 12
3.2.2 加工测试阶段主要的仪器设备 13
3.3 实验配方 14
3.4 样品制备 14
3.4.1 ASA胶乳的制备 14
3.4.2 熔融共混 16
3.4.3 压片成型 16
3.4.4 试样制备 16
3.5 测试与表征 17
3.5.1 动态机械热分析 17
3.5.2 傅里叶变换红外光谱分析 17
3.5.3 乳胶粒子粒径及粒径分布的测试 17
3.5.4 力学性能测试 17
3.5.5 流变性能测试 18
第四章 结果与讨论 19
4.1 动态机械热分析 19
4.2 傅里叶变换红外光谱分析 21
4.3 乳胶粒子粒径及粒径分布 22
4.4 力学性能 24
4.4.1 冲击试验 24
4.4.2 拉伸试验 25
4.4.3 弯曲试验 26
4.4.4 硬度试验 27
4.5 流变性能 28
第五章 结论 30
参考文献 31
致 谢 33
第一章 前言
1.1 课题背景
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元接枝共聚物（ABS）树脂是五大合成树脂之一[1]，是当下应用较为广泛的材料，它将苯乙烯，丁二烯以及丙烯腈的各自优良性能结合起来使得本身具有一定的优异性能，比如优良的韧、硬、刚相均衡的力学性能、耐低温性及耐化学药品性[2]，除此之外，由于ABS还具有良好的表面光洁性和易成型性使之成为一种易于加工的材料。正是这些优异的性能使得ABS成为了一种不可或缺工程材料[3]，被广泛应用于家用电器制品，电子电器、体育器材、汽车工业用塑料制品等领域中。然而，ABS有一个致命缺点就是耐候性差，尤其是在户外使用的ABS，经常面临老化、变色等问题。这是由于丁二烯的加入使得ABS的主链上引入了双键所导致的[4]，双键不仅在高温加工过程会被氧化，而且在户外使用时，紫外光的辐射也使其发生物理或化学老化。正是由于这一弱点使得ABS在某些领域难以得到广泛应用。
相较于ABS，苯乙烯-丙烯腈共聚物（SAN）具有更好的耐老化性能、较差的耐冲击性能，这是由于SAN中含有位阻效应较大的苯环和极性较强的氰基等刚性基团。因此，SAN在对抗冲击性能要求较高的场合下就难以使用了。为了改善SAN的抗冲击性能和ABS的耐老化性能，丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯三元共聚物（ASA）应运而生[5]，ASA中丙烯酸酯聚合物（主要用丙烯酸丁酯）取代了原来ABS中的丁二烯，这使得主链的双键被替换，饱和性增加，从而提高了ABS的耐候性及SAN的抗冲击性。
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