反应接枝制备超高压及高温超导用高绝缘聚丙烯-聚苯乙烯共聚物的研究

Macromolecule initiator of polypropylene will be prepared by pre-irradiation method. Polypropylene-polystyrene copolymer with high electrical insulating will be prepared with macromolecule initiator of polypropylene and styrene monomer as main starting materials by using suspanding grafting technology route. Chemical structure, thermal property, mechanical properties,chemical rheological property, processing behavior and electrical property of high electrical insulating polypropylene-polystyrene copolymer will be determined and studied. The effect of polypropylene with different per-irradiation dose on reaction activity, selectivity, reactive mechanism and course will be investigated. The effect of component of suspending grafting solution, swelling time, reaction time, reaction temperature and stir speed on the grafting degree and efficiency will be investigated. The measuring method of conversion of styrene monomer will be obtained. In the course of suspending grafting reaction, conversion of styrene monomer, reaction speed and grafting degree will be determined. Dynamics curve of suspending grafting reaction will be obtained. Morphology, structure and properties of high electrical insulating polypropylene-polystyrene copolymer will be investigated. The relationship among morphology, structure-property-processing of high electrical insulating polypropylene-polystyrene grafting copolymer will be obtained. This work will provide new principle and method for polypropylene and polystyrene with high performance.

本项目的主要研究内容包括：采用预辐照方法制备含过氧基的聚丙烯大分子引发剂；以聚丙烯大分子引发剂和苯乙烯为起始物，采用悬浮反应接枝技术路线制备高绝缘聚丙烯-聚苯乙烯共聚物；高绝缘聚丙烯-聚苯乙烯的电性能研究。研究的侧重点为不同预辐照剂量聚丙烯对悬浮接枝体系的反应活性、选择性、反应机理和历程等的影响；悬浮接枝的反应时间、反应温度、搅拌速度、溶胀时间等工艺条件对接枝率的影响；测定该体系反应过程的转化率，反应速率及接枝率，得到反应动力学曲线；研究高绝缘聚丙烯-聚苯乙烯共聚物的形态结构、性能及与加工工艺间的定性或定量关系等。探索用高绝缘聚丙烯-聚苯乙烯共聚物制备超高压绝缘材料的方法及手段。通过该项研究，将为聚丙烯和聚苯乙烯实施高性能化提供新的原理和方法，为高绝缘聚丙烯-聚苯乙烯共聚物的制备及应用领域提供理论基础。该项研究对于丰富和发展通用高分子材料制备科学、研发有重要应用价值的新材料有重要意义。

我国在高压、超高压和高温超导电绝缘基础材料高绝缘聚丙烯的设计与研发方面的研究还是空白。采用预辐照方法制备含过氧基的聚丙烯大分子引发剂；以聚丙烯大分子引发剂和苯乙烯为起始物，采用悬浮反应接枝技术路线制备高绝缘聚丙烯-聚苯乙烯共聚物；当预辐照剂量为12kGy时，预辐照聚丙烯的力学性能变化不大。在200 oC条件下，对预辐照聚丙烯的复合粘度、储能模量等流变行为进行了研究。从1H-NMR谱图可以看出，对比聚丙烯接枝聚苯乙烯与聚丙烯的1H-NMR谱图，发现聚丙烯接枝聚苯乙烯在2.0ppm、1.4ppm和1.2ppm位置处出现有新的化学位移峰，这是与苯环相连的-CH2-中C-H的化学位移位置；而在7.2ppm和7.1ppm处的化学位移峰则是苯环上氢的化学位移位置。因此，上述分析说明了聚苯乙烯已接枝到了聚丙烯的分子链上。转化率30%PS/Nano-SiO2粒子的透射电镜形态可以看出，已经出现剥离的趋向了，且吸附的有机层已经基本消失，但是纳米二氧化硅的粒径也相对比较大，转化率50.6%的PS/Nano-SiO2粒子透射电镜形态，其剥离程度有了非常大的改变，并且出现了包覆结构，纳米二氧化硅与苯乙烯包覆的包覆层非常清晰，而且粒径已经可以达到100nm以下，这也说明了转化率对该包覆结构的影响。对聚丙烯-聚苯乙烯接枝的工艺条件及接枝物的结构进行详细的研究和表征，研究了接枝物含量及接枝率对材料的影响，控制PS含量为10 wt%，制备了相同接枝率 (Gr=7.0 %) 不同接枝物含量(6 wt%、12 wt%、18 wt%、24 wt%)以及不同接枝率 (Gr=3.5 %、7.0 %、16.6 %) 两个体系的共混物，详细探究了材料的微观结构，所制备的材料具有抑制空间电荷注入的特性，击穿场强达408 kV/mm以上。得到了高绝缘聚丙烯-聚苯乙烯材料的制备方法，得到了结构-性能-加工间的关系。通过该项研究，将为聚丙烯和聚苯乙烯实施高性能化提供新的原理和方法，为高绝缘聚丙烯-聚苯乙烯共聚物的制备及应用领域提供理论基础。该项研究对于丰富和发展通用高分子材料制备科学、研发有重要应用价值的新材料有重要意义。