基本信息
- 项目名称：
- 镧的配合物对PET 结晶性能的影响
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- PET具有优良的物理机械性能，在工程塑料领域具有广泛的应用前景，但由于结晶速率慢、注塑模温高，直接影响了其加工成型性能。本研究主要利用转矩流变仪熔融密炼制备镧的配合物（LaC）与PET复合材料，通过扭矩时间关系，原位动态表征了LaC对PET加工性能的影响。系统分析表明，LaC可以加速PET的结晶速率，缩短模塑周期。对行业应用与学术研究具有一定的应用价值和指导意义。
- 详细介绍：
- PET由于原料来源广、生产成本低，且在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，因此其在工程塑料领域具有广泛的应用前景，但由于结晶速率慢、注塑模温高，直接影响了其加工成型性能；提高PET的结晶速率，改善其加工性能一直是PET改性的主要研究方向之一。本研究是指导老师课题组与厦门德丰行塑胶工业有限公司联合攻关“工程塑料用PET关键技术研发与产业化”项目的一个核心分课题。本作品通过DSC、DMA、XRD、旋转流变等各种表征方法对LaC与PET复合材料进行了较为系统的研究，取得了系列的前期技术成果，对行业应用与学术研究具有一定的应用价值和指导意义。研究主要利用转矩流变仪熔融密炼制备镧的配合物（LaC）与PET复合材料。通过扭矩时间关系，原位动态表征了LaC对PET加工性能的影响。利用DSC表征了PET/LaC复合材料的等温和非等温结晶动力学过程，结果表明LaC能够提高PET的非等温结晶速率，缩短结晶周期；同时能够促进PET等温结晶过程的二次重结晶，结合POM的结果，LaC能够提高PET晶体的完整性。利用WAXD分析表明，LaC在提高PET结晶速率的同时，并不改变其晶型。DMA分析结果表明，LaC提高PET结晶速率的同时，降低了体系的玻璃化温度。系统分析表明，LaC可以加速PET的结晶速率，缩短模塑周期，有望推进PET作为工程塑料的应用。这些将对PET在工程塑料方面的应用起到很大的作用，进而在海西经济发展和社会进步中发挥更大的作用。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- PET具有优良的物理机械性能，在工程塑料领域具有广泛的应用前景，但由于结晶速率慢、注塑模温高，直接影响了其加工成型性能。本研究主要利用转矩流变仪熔融密炼制备镧的配合物（LaC）与PET复合材料，通过扭矩时间关系，原位动态表征了LaC对PET加工性能的影响。系统分析表明，LaC可以加速PET的结晶速率，缩短模塑周期。
科学性、先进性及独特之处
- 鉴于有关研究显示稀土化合物在改进塑料性能、赋予塑料新功能等方面均具有独特而显著的功效。结合稀土La 元素特殊的电子结构可与PET分子链上大π键起作用，可能促进结晶性能的提高。因此，本研究创新性的采用了LaC 作为PET 成核剂，同时LaC 具有熔融温度低，不仅在PET 体系中分散均匀，利于异相成核；而且在PET的加工过程中具有增塑效果，利于加工性能的改善；具有一剂多能的功效。
应用价值和现实意义
- 通过DSC、DMA、XRD、旋转流变等各种表征方法对LaC与PET复合材料进行了较系统的研究，取得了系列前期技术成果，对行业应用与学术研究具一定的应用价值。主要体现在:发现LaC可以加速PET的结晶速率，缩短模塑周期；采用转矩流变仪制样的同时进行生产工艺条件探讨，取得了可指导实际生产的工艺参数；利用本研究前期取得的技术成果，指导合作企业厦门德丰行塑胶工业有限公司试产了一种快速结晶的PET专用树脂。
学术论文摘要
- 本文利用转矩流变仪熔融密炼制备镧的配合物（LaC）与PET 复合材料。通过扭矩时间关系，原位动态表征了LaC 对PET 加工性能的影响。利用DSC表征了PET/LaC 复合材料的等温和非等温结晶动力学过程，结果表明LaC 能够提高PET 的非等温结晶速率，缩短结晶周期；同时能够促进PET 等温结晶过程的二次重结晶，结合POM 的结果，LaC 能够提高PET 晶体的完整性。利用WAXD 分析表明，LaC 在提高PET 结晶速率的同时，并不改变其晶型。DMA 分析结果表明，LaC 提高PET 结晶速率的同时，降低了体系的玻璃化温度。系统分析表明，LaC 可以加速PET 的结晶速率，缩短模塑周期，有望推进PET 作为工程塑料的应用。
获奖情况
- 申请国家发明专利两件： 公开号： CN101921206A ，发明专利名称：《N,N-二-丁二酸单乙酯-4-酰胺-1-丁酸及其制备方法以及作为增塑剂的应用》； 公开号： CN101985430A ，发明专利名称：《二缩-2（-N-乙醇基-N-邻苯二甲酸单醇酯-，N-二-丁二酸单乙酯）乙酰胺-1-苯甲酸及其制备方法以及作为扩链剂应用》。
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]刘佑习，安军，孙全永，陈立新.PET共聚酯结晶性能的研究 [2]J. Greener, J. R. Gillmor, and R. C. Daly. Melt Rheology of a Class of Polyester Ionomers.Macromolecule, 1993, 26:6416-6424. [3]雷呜, 于中振, 欧玉春, 杨桂生.无机填料对PET 结晶行为、力学性能和流变性能的影响，[J].高分子材料科学与工程，2001 年3月，第17卷，第2期。 [4]Yimin Wang , Junpeng Gao , Yunqian Ma , Uday S. Agarwal.Study on mechanical properties, thermal stability and crystallization behavior of PET/MMT nanocomposites. Composites: Part B, 2006,37:399–407.
同类课题研究水平概述
- 聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一种具有较高熔融温度和玻璃化温度的半结晶性聚合物，其具有优良的耐磨性、耐热性和耐腐蚀性，被广泛应用于合成纤维、薄膜、包装和工程塑料等领域。但是由于PET 分子中对苯撑的刚性结构以及苯环与聚酯中羰基的共轭效应，使其结晶速率较慢，从而限制在工程塑料领域中的应用。因此多年来，提高PET 的结晶速率，改善其加工性能一直是PET 改性的主要研究方向之一。而这方面的研究主要是集中于PET结晶成核剂的研究，通过添加成核剂，提高PET 的结晶速率，促进PET 的成核结晶，降低其注塑模温，使其达到工程塑料的应用要求。因此，对于PET 的结晶成核剂的研究成为PET 工程塑料研发的一个十分关键的课题。PET 的结晶成核剂种类繁多，大体上可划分为无机类、有机类和高分子三大类。无机类成核剂主要包括金属氧化物、无机盐和粘土类等；有机类成核剂主要是一元羧酸盐，如苯甲酸钠(钾)，芳香族羟基磺酸盐等；而高分子类成核剂包括聚酯齐聚物的碱金属盐、离子聚合物等。本研究选取的成核剂LaC 系La3+与多种有机配体形成的三元配合物,其结构可表示为La3+Ca2+PmXnQk,其中P、X 和Q 为三种有机配体，其碳链长度分别为C6-C22，其中m、n、k为自然数。本研究之所以选择稀土镧作为成核剂主体是基于指导老师所在研究团队前期的研究成果发现稀土镧的有机配合物对无机粉体改性塑料具有增强增韧等优异的功效；加之当前稀土材料的研究主要集中于铕、铽、钐等具有光电功能的几种稀土化合物，而对于镧、铈、钕等无荧光功能的稀土化合物的研究较少，有些甚至作为副产物处理而未能得到有效的利用。深入研究和发掘稀土化合物应用的新领域，对于充分利用我国特有的珍贵稀土资源具有重要意义。利用LaC 改善PET 结晶性能和加工性能的相关研究尚未见文献道。
