低鋅阻燃三元乙丙橡膠的合成及結構與性能研究結題摘要

橡膠的大量應用使其活化劑氧化鋅的用量逐年巨增，給環(huán)境造成了巨大壓力，降低橡膠中鋅含量是人們面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。同時通用橡膠屬易燃材料，提高橡膠阻燃性也已成為關注的熱點之一。本項目以三元乙丙橡膠為研究對象，提出一種合成低鋅阻燃三元乙丙橡膠方法：即通過設計合成出集橡膠活性劑于一身的功能型含鋅雙氫氧化物，替代氧化鋅及硬脂酸，大幅降低橡膠中的鋅含量；通過設計合成高效反應型無鹵阻燃劑，使其在橡膠硫化過程中與橡膠基體反應制備阻燃型三元乙丙橡膠，從而克服添加型阻燃劑導致橡膠力學性能下降的缺點。通過系統(tǒng)地研究含鋅雙氫氧化物以及反應型無鹵阻燃劑結構與含量對三元乙丙橡膠的硫化性能、力學性能、阻燃性能、熱性能等性能的影響，揭示出結構與性能的內(nèi)在聯(lián)系，為制備綜合性能好的低鋅阻燃型橡膠打下科學基礎。在項目的執(zhí)行過程中，對原研究計劃的內(nèi)容進行了全面的研究?；旧贤瓿闪隧椖可暾垥械念A期目標，并提出和發(fā)現(xiàn)了新的研究課題，有利于進行深入的研究。

橡膠的大量應用使其活化劑-氧化鋅的用量逐年巨增，給環(huán)境造成了巨大壓力，降低橡膠中鋅含量是人們面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。同時通用橡膠屬易燃材料，提高其阻燃性也已成為關注的熱點之一。本項目以三元乙丙橡膠（EPDM）為研究對象，提出一種合成低鋅阻燃EPDM新方法：即通過設計合成集橡膠活性劑于一身的功能型納米含鋅雙氫氧化物(LDH)，大幅降低橡膠中的鋅含量；通過設計合成高效反應型無鹵阻燃劑，使其在橡膠硫化過程中與橡膠反應制備阻燃型EPDM納米復合材料，克服添加型阻燃劑導致橡膠力學性能下降的缺點。通過系統(tǒng)研究含鋅納米LDH及反應型無鹵阻燃劑結構與含量對EPDM的硫化性能、力學性能、阻燃性能、熱性能等的影響，揭示出結構與性能的內(nèi)在聯(lián)系，為制備綜合性能好的低鋅阻燃型橡膠打下科學基礎。這項研究不僅能有效解決EPDM的低鋅無鹵阻燃問題，而且也為其他類型橡膠的低鋅阻燃研究提供了新思路，因此既具有科學意義又具有應用價值。

本項目針對化學改性制備可融熔加工PVA的難題，擬通過共聚設計和調(diào)控PVA分子鏈結構，制備可融熔加工PVA。選用競聚率與醋酸乙烯酯相當?shù)南盗虚L鏈支化的羧酸乙烯酯為共聚單體，通過溶液聚合制備醋酸乙烯酯-長鏈支化的羧酸乙烯酯共聚物（醋酸乙烯酯共聚物）；研究鏈轉移劑、引發(fā)劑及聚合反應條件對共聚物聚合度、側鏈長度及分布的影響，優(yōu)化聚合反應條件，制備高聚合度醋酸乙烯酯共聚物；將上述醋酸乙烯酯共聚物醇解制備改性PVA，研究催化劑、醇解工藝對PVA側鏈長度及分布的影響；研究PVA分子鏈結構如共聚單體含量及分布、側鏈長度及分布與PVA結晶性能、熱性能的關系，制備出既有優(yōu)良力學性能、水溶性和阻隔性能，又具有優(yōu)良可融熔加工性的新型PVA；規(guī)模合成可熔融加工的PVA樹脂，研究其流變行為和融熔加工行為，突破PVA濕法加工應用領域局限，開拓 PVA 應用新領域，具有重要的理論和實際意義。

聚乙烯醇是一種性能優(yōu)良、用途廣泛的多羥基聚合物，其多羥基強氫鍵的結構特點使其熔點與分解溫度接近，難以熔融加工，限制了其應用，約束了PVA工業(yè)產(chǎn)能的進一步提高，迫切需要實現(xiàn)PVA熔融加工制備塑料制品，拓廣PVA應用新領域。本項目針對共聚改性制備可熔融加工PVA的難題，利用醋酸乙烯酯(VAc)單體含有活性雙鍵基團，可以與其它含有雙鍵的功能單體發(fā)生共聚反應賦予其不同物理性質(zhì)的特性，從分子設計出發(fā)，選擇具有不同長鏈側基的乙烯酯（Va）單體與VAc共聚，在PVA分子鏈中引入少量長鏈側基，通過工業(yè)化應用的溶液聚合實現(xiàn)長鏈支化的羧酸乙烯酯與醋酸乙烯酯共聚，調(diào)控共聚單體的組成和分布，研究了聚合反應條件對共聚單體轉化率、共聚物分子量等的影響，闡明了VAc與Va共聚反應機理；將上述共聚物醇解制備改性PVA，調(diào)控側鏈長度和分布，破壞PVA分子鏈規(guī)整性，從而調(diào)控PVA分子內(nèi)、分子間氫鍵狀態(tài)，調(diào)控其結晶結構，降低其熔點，制備可熱塑加工的新型PVA，系統(tǒng)研究了改性PVA的結構及對PVA熱塑加工性能的影響，為突破PVA濕法加工應用領域的局限，拓寬可熔融加工PVA樹脂的應用領域提供理論和實驗基礎。通過優(yōu)化聚合工藝，制備了熔點187.7℃，分解溫度276.4℃，玻璃化轉變溫度63.4℃，熔融指數(shù)3.86g/10min?2.16kg（200℃）的可熔融加工PVA樹脂，實現(xiàn)其穩(wěn)定擠出、常規(guī)注塑和微型注塑加工等，改性PVA標準注塑樣品的拉伸強度84.7MPa，斷裂伸長率44.3%，彎曲強度102.1MPa，沖擊強度9.27KJ/m2，具有優(yōu)異的力學性能，可望用作新型工程塑料，具有廣闊的應用前景。本項目采用工業(yè)上應用的溶液聚合方法，可在基于現(xiàn)有聚合、醇解工藝條件下實現(xiàn)可熔融加工PVA的合成，易于工業(yè)化生產(chǎn)。發(fā)表期刊論文2篇，學術會議論文1篇，申請中國發(fā)明專利 2 項（已獲準授權1項），培養(yǎng)碩士研究生2人。