利用中子散射技术研究聚苯硫醚支化结构与流变性能的关系

Poly(phenylene sulfide) (PPS) is an attractive engineering thermoplastic which possesses wide applications throughout industry, agriculture, science and technology, national defense, due to its good dimensional stability, outstanding high-temperature resistance, mechanical strength, flame retardant and resistant to chemicals. Owing to the relative low melt strength, the linear PPS can’t be stably stretched thermoforming, limits its applications in the field of high performance films and foam. Based on the long chain branched molecular architecture could enhance the polymer melt strength, this work design a “one-pot two-step ”method to synthetize branched PPS with different branched point density and branched chain length. Then, we prepare a series of specifically deuterated branched PPS with deuterium at branched points and end groups within molecular chain. Using small-angle neutron scattering technology, we study on the response relationship between the branched structure and rheological behavior of PPS, and the findings will be a theoretical direction and experimental basis to design PPS with high melt strength.

聚苯硫醚（PPS）具有突出的耐热性能、机械强度、优良的阻燃性、耐化学腐蚀性，在国防和民用领域具有广泛的应用前景。但是线性分子链结构的PPS熔体强度低，不能稳定拉伸定型，限制了其在高性能薄膜和泡沫领域的应用。本项目基于长链支化分子链缠结增强熔体强度原理，设计出“一锅两步法”来可控合成具有不同支链密度和长度的PPS，并在支化点和端基进行氘代标记，在此基础上利用小角中子散射技术对PPS的支化结构与流变行为的响应关系进行探究，其研究结果将为高熔体强度PPS的设计提供理论和实验依据。

由于聚苯硫醚的分子链段刚性大，熔体强度低，难以用来制备薄膜、泡沫材料，本项目中将长链支化结构引入聚合物链段当中来解决这一问题。设计“一锅两步法”来合成长链支化聚苯硫醚，经过不断摸索催化剂、催化剂投入量、反应温度、反应时间等反应参数，获得长链支化聚苯硫醚最优制备工艺。以氘代对氯二苯作为功能化单体引入到聚合反应中，制备了含氘的长链支化聚苯硫醚材料，采用小角中子散射谱仪对微观拓扑结构进行检测。根据聚苯硫醚高温条件下的热化学特性，以八乙烯基POSS作为支化点，通过点击化学反应，利用双螺杆反应挤出设备制备出含长链支化结构聚苯硫醚材料。利用平板旋转流变仪，对长链支化聚苯硫醚材料结构与流变性能的构效关系进行了研究，在小幅震荡剪切试验中，引入长链支化结构后，在整个测试频率范围内，粘度均高于线性聚合物；随着支化程度的增加，Cole-Cole曲线的半径变大；在复数模量很低，相位角接近90°时，vGP曲线向高相位角和低模量方向移动，说明分子量变大，分子量分布变宽；长链支化聚苯硫醚的储能模量和损耗模量高于线性聚合物，长链支化结构引起更多的缠节点，导致熔体强度提高；长链支化聚苯硫醚具有明显的应变硬化现象。本项目的实施不仅对聚苯硫醚分子链结构与流变性能之间构效关系研究具有重要的理论指导作用，而且对制备聚苯硫醚薄膜和泡沫工程化研究也有一定的贡献。