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1、------------------------------------------------------------------------------------------------聚合物结晶成核剂作用的表征方法的比较和研究_陈彦第6期1998年12月高 分 子 学 报ACTAPOLYMERICASINICANo.6Dec.,1998聚合物结晶成核剂作用的表征方法的比较和研究陈 彦 徐 懋＊＊(中国科学院化学研究所高分子物理开放实验室 北京 100080)摘 要 用聚合物的等速降温过程的结晶温度,等温
2、结晶过程的半结晶时间(t1/2)或结晶速度常数(K),结晶过程的晶核密度或球晶尺寸大小和聚合物结晶成核界面自由能(σσe或σe)大小等方法描述了碳酸钙、对苯二甲酸、苯甲酸钠对聚丙烯成核结晶过程的影响.通过对不同方法的比较,结果表明不同方法是从不同角度来反映助剂对聚合物成核结晶过程的影响,聚合物结晶温度的高低和等温结晶过程的半结晶时间或结晶速度常数是描述聚合物整体结晶速度的参数;而聚合物结晶过程中晶核密度或结晶完了时聚合物球晶尺寸,和聚合物结晶成核界面自由能大小与聚合物的成核难易程度直接相关,是判断聚合物结晶成核
3、速度的方法.但不同方法之间存在一定的相关性,所以用不同方法测定的结果之间有较好的可比性,可根据具体条件选用一种方法.多种方法的配合使用可以较全面的了解成核剂的作用.关键词 成核剂,成核作用,表征方法在聚合物成型加工过程中,结晶是普遍存在的现象,尤其是对分子——————————————————————————————————————--------------------------------------------------------------------------------------------
4、----链结构比较规整的聚合物,如聚乙烯、聚丙烯、聚氧乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯等.聚合物结晶学也一直是人们的热门研究课题.聚合物的结晶与小分子化合物的结晶存在明显的差别:一方面,由于高分子的分子量大,分子链长,分子链间的相互作用大,导致高分子链的运动比小分子困难,尤其是对刚性分子链或带庞大侧基的、空间位阻大的分子链,所以,高分子的结晶速度一般比小分子慢;另一方面,由于高分子分子链结构和分子量的不均一性,以及在结晶过程中由于高分子链的运动松驰时间长,分子链的迁移速度慢,使得高分子很难形成结构完整的晶体,也很难得到
5、完全结晶的高分子材料(高分子材料一般以结晶部分与无定形部分共存的状态存在).聚合物材料结晶度的高低,结晶形态和结晶结构的差异将影响聚合物材料的性能,从而影响其应用,所以,在聚合物材料的加工过程中,常常要控制聚合物的结晶过程,以得到实用的高分子制品.人们在研究中发现,在聚合物中加入某些物质能够降低聚合物的球晶尺寸,提高聚合物的结晶速度,有时还能提高聚合物的结晶度,改善聚合物的加工性能,这些物质被称为成核剂.高效成核剂的用量很少就能有效的降低材料的球晶尺寸,提高聚合物的结晶速度,对材料的化学结构和其他性能影响很小,
6、所以加成核剂的方法是工业上常用的,也是最简便实用的聚合物材料球晶尺寸控制,提高聚合物结晶速度的方法.成核剂对聚合物结晶成核的促进作用有选择作用,并非一种成核剂能促进所有的聚合物的成核结晶.同时不同结构的成核剂对同一聚合物的成核结晶促进作用效果是不同——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------
7、＊1997-08-30收稿,1998-03-25修稿;＊＊通讯联系人671672高 分 子 学 报1998年的.如何考察成核剂对聚合物成核结晶促进作用的效果对选择适当的成核剂极有实际意义.另一方面,研究成核剂对聚合物成核促进作用机制可为寻找开发新的成核剂提供理论指导.所以研究成核剂对聚合物成核结晶的促进作用具有理论和实际意义.聚合物的结晶过程可以在等温结晶条件下,也可以在非等温结晶条件下研究.而研究成核剂对聚合物结晶过程的影响的实验方法很多,有偏光显微镜(PLM)法、扫描电子显微镜(SEM)法、小角激光
8、光散射(SALS)法、量热法、差示扫描量热(DSC)法、光谱法、体积热膨胀法、解偏振光法等等.虽然测试方法很多,但是考察聚合物成核结晶速度快慢的参数大致有如下四个:(1)聚合物的结晶温度.常用DSC、量热法等方法测得聚合物在等速降温过程中的结晶温度.一般来说结晶温度越高结晶峰越尖锐,说明聚合物的结晶速度越快.(2)等温结晶过程的半结晶时间(t1/2)或等温结晶过程的Avrami方程中的
