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本文以己内酰胺(CL)、十二内酰胺(LL)、苯乙烯(St)为主要原料,利用内酰胺单体原位阴离子开环聚合方法制备了聚酰胺12/聚苯乙烯(PA12/PS)、聚酰胺6/12/聚苯乙烯(PA6/12/PS)合金,并对影响体系形貌的各影响因素进行了考察。利用原位聚合PA12/PS、PA6/12/PS合金体系的相反转特征,制备了PA12微球、PA6/12微球。并引入3-异丙烯基-a,a’-二甲基苄基-异氰酸酯(TMI)原位制备了PS-g-PA12、PS-g-PA6/12接枝共聚物。利用SEM、FTIR、1HNMR、XRD、DSC、DMA、流变等各种手段对以上各体系的微观相形态、分子结构、结晶形态、热性能、流变性能等进行了表征分析。得到以下主要结果:
(1)对原位PA12/PS合金的形貌研究发现:PS含量≥25wt%时,体系发生相反转,由“PS分散相/PA12连续相”转变为“PA12分散相/PS连续相”;20wt%≥PS含量≥10wt%时,体系发生局部相反转,体系由PS富集相与PA12相共同组成。这种相形貌是由PS与聚PA12之间存在大的粘弹性差异、动力学不对称所致。
(2)对原位PA6/12/PS合金形貌研究发现,当PS含量很低(CL含量很高)时,体系发生相反转。而且体系相反转形貌会受初始投料中LL/CL单体摩尔比的影响,LL/CL摩尔比越大,发生相反转时PS含量越高,而且越容易出现局部相反转现象。
(3)PA12/PS、PA6/12/PS合金相形貌具有PS分子量及分子量分布依赖性。PS分子量大,相反转时PS含量低;PS分子量分布宽,相反转体系中聚酰胺(PA)微球粒径分布也宽。聚合温度和聚合速度也会对合金相形貌产生显著地影响。
(4)基于具有“聚酰胺(PA)分散相/PS基体”形貌特征的PA12/PS、PA6/12/PS合金,首次制备了一系列粒径单分散的PA12微球、PA6/12(CL:LL=1:1 mol%)微球。PA6/12微球的粒径可控制在9.2-28.3μm之间,数均分子量可控制在2.4-3.1万之间。
(5)利用大分子活化剂P(St-co-TMI)合成了接枝共聚物PS-g-PA12、PS-g-PA6/12。接枝物中刚性PS主链的存在会阻碍和限制聚酰胺(PA)侧链的运动,进而会影响到接枝聚合物相形态、热性能、流变性能等。随接枝聚合物中刚性PS主链含量的增多(PA侧链含量及分子量减小),接枝聚合物出现明显的微相分离现象、接枝聚合物结晶变困难。
(6)利用接枝共聚物PS-g-PA6/12对合金进行原位增容会发现,增容后的PA6/12/PS合金体系力学性能普遍提高幅度可达200%左右。