反式-/顺式-1,4-聚异戊二烯共混体系的结晶动力学

doi:10.7503/cjcu20160394

高等学校化学学报 ›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (12): 2315.doi: 10.7503/cjcu20160394

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反式-/顺式-1,4-聚异戊二烯共混体系的结晶动力学

姚坤承^1,², 聂华荣¹, 马韵升², 王日国³, 王晓建¹, 贺爱华¹()

1. 山东省烯烃催化与聚合重点实验室, 橡塑材料与工程教育部重点实验室,青岛科技大学高分子科学与工程学院, 青岛 266042
2. 黄河三角洲京博化工研究院有限公司, 滨州 256500
3. 山东华聚高分子材料有限公司, 滨州 256500

收稿日期:2016-05-30 出版日期:2016-12-10 发布日期:2016-11-18
作者简介:联系人简介: 贺爱华, 女, 博士, 博士生导师, 主要从事烯烃、二烯烃配位聚合及聚合物结构性能与应用研究. E-mail:aihuahe@iccas.ac.cn; ahhe@qust.edu.cn
基金资助:
国家“九七三”计划项目[批准号: 2015CB654700(2015CB654706)]、国家自然科学基金(批准号: 51473083)、山东省重点项目研发计划(批准号: 2015GGX102019)和泰山学者工程及黄河三角洲学者工程专项经费资助

Crystallization Kinetics of trans-/cis-Polyisoprene Blends^†

YAO Kuncheng^1,², NIE Huarong¹, MA Yunsheng², WANG Riguo³, WANG Xiaojian¹, HE Aihua^1,^*()

1. Shandong Provincial Key Laboratory of Olefin Catalysis and Polymerization, Key Laboratory of Rubber-Plastics(Ministry of Education), School of Polymer Science and Engineering, Qingdao University of Science and Technology, Qingdao 266042, China
2. Chambroad Chemical Industry Research Institute Co., Ltd., Binzhou 256500, China
3. Shandong Huaju Polymer Materials Co., Ltd., Binzhou 256500, China

Received:2016-05-30 Online:2016-12-10 Published:2016-11-18
Contact: HE Aihua E-mail:aihuahe@iccas.ac.cn;ahhe@qust.edu.cn
Supported by:
† Supported by the National Basic Research Program of China[No.2015CB654700(2015CB654706)], the National Natural Science Foundation of China(No.51473083), the Shandong Province Key R&D Program, China(No.2015GGX102019) and the Special Foundation of Taishan Mountain Scholar Constructive Program and the Yellow River Delta Scholar Program, China

摘要/Abstract

摘要：

采用差示扫描量热(DSC)法对反式-/顺式-1,4-聚异戊二烯共混体系的等温及非等温结晶动力学进行了研究, 分别采用Avrami方程和莫志深法对其动力学参数进行了解析. 研究结果表明, 在反式-/顺式-1,4-聚异戊二烯共混体系的等温及非等温结晶过程中, 顺式-1,4-聚异戊二烯(CPI)组分的存在会降低反式-1,4-聚异戊二烯(TPI)组分的结晶速率; 在等温结晶过程中, CPI组分会提高TPI组分自身的结晶度; 而非等温结晶过程中, CPI则提高了共混物中β晶型的相对含量.

关键词: 聚异戊二烯, 双组分共混, 等温结晶, 非等温结晶

Abstract:

Isothermal and non-isothermal crystallization kinetics of cis-1,4-polyisoprene(CPI)/trans-1,4-polyisoprene(TPI) binary blends were investigated by differential scanning calorimetry method. The results were analyzed by Avrami equation and MO theory. It was found that the presence of CPI suppressed the crystallization rate of TPI component during both isothermal and non-isothermal crystallization. The crystallinity of TPI component was enhanced by CPI during the isothermal crystallization. For non-isothermal crystallization, the relative content of β crystal form increased, while the crystallinity of TPI component changed little with the incorporation of CPI component.

Key words: Polyisoprene, Binary blend, Isothermal crystallization, Non-isothermal crystallization

中图分类号:

O631.1⁺3

TrendMD:

姚坤承, 聂华荣, 马韵升, 王日国, 王晓建, 贺爱华. 反式-/顺式-1,4-聚异戊二烯共混体系的结晶动力学. 高等学校化学学报, 2016, 37(12): 2315.

YAO Kuncheng, NIE Huarong, MA Yunsheng, WANG Riguo, WANG Xiaojian, HE Aihua. Crystallization Kinetics of trans-/cis-Polyisoprene Blends^†. Chem. J. Chinese Universities, 2016, 37(12): 2315.

图/表 11

Fig.1 DSC curves of isothermal crystallization of TPI/CPI blends at crystallization temperatures of 20 ℃(A), 25 ℃(B) and 30 ℃(C) m(TPI)∶m(CPI): a. 100∶0; b. 80∶20; c. 50∶50; d. 30∶70.

Fig.2 Relative crystallinity of TPI/CPI blends at crystallization temperatures of 20 ℃(A), 25 ℃(B) and 30 ℃(C)m(TPI)∶m(CPI): a. 100∶0; b. 80∶20; c. 50∶50; d. 30∶70.

Fig.3 Plots of lg{-ln[1-X(t)]} vs. lgt for TPI/CPI blends at crystallization temperatures of 20 ℃(A), 25 ℃(B) and 30 ℃(C)m(TPI)∶m(CPI): a. 100∶0; b. 80∶20; c. 50∶50; d. 30∶70.

Table 1 Crystallization parameters of TPI/CPI blends at different crystallization temperature

T_c/℃	m(TPI)∶m(CPI)	Δ $H c a$ /(J·g^-1)	Δ $H c, TPI a$ /(J·g^-1)	n^b	K^b	$t 12 c$ /min
20	100∶0	32.22	32.22	2.15	178.31	0.64
	80∶20	32.19	40.24	2.60	6.03	2.56
	50∶50	24.37	48.74	2.92	0.79	4.66
	30∶70	14.27	47.57	2.29	0.09	17.68
25	100∶0	39.29	39.29	2.60	31.44	1.36
	80∶20	33.28	41.60	2.83	0.61	5.34
	50∶50	24.26	48.52	2.78	0.18	8.56
	30∶70	16.50	55.00	2.01	0.06	32.50
30	100∶0	42.83	42.83	2.93	2.46	3.14
	80∶20	31.60	39.50	2.89	0.04	13.44
	50∶50	22.52	45.04	2.66	0.03	18.54
	30∶70	18.75	62.50	1.89	0.03	59.64

Table 1 Crystallization parameters of TPI/CPI blends at different crystallization temperature

T_c/℃	m(TPI)∶m(CPI)	Δ $H c a$ /(J·g^-1)	Δ $H c, TPI a$ /(J·g^-1)	n^b	K^b	$t 12 c$ /min
20	100∶0	32.22	32.22	2.15	178.31	0.64
	80∶20	32.19	40.24	2.60	6.03	2.56
	50∶50	24.37	48.74	2.92	0.79	4.66
	30∶70	14.27	47.57	2.29	0.09	17.68
25	100∶0	39.29	39.29	2.60	31.44	1.36
	80∶20	33.28	41.60	2.83	0.61	5.34
	50∶50	24.26	48.52	2.78	0.18	8.56
	30∶70	16.50	55.00	2.01	0.06	32.50
30	100∶0	42.83	42.83	2.93	2.46	3.14
	80∶20	31.60	39.50	2.89	0.04	13.44
	50∶50	22.52	45.04	2.66	0.03	18.54
	30∶70	18.75	62.50	1.89	0.03	59.64

Fig.4 DSC thermograms with different cooling rates for neat TPI and TPI/CPI blends m(TPI)∶m(CPI): (A) 100∶0; (B) 80∶20; (C) 50∶50; (D) 30∶70. Cooling rate/(℃·min-1): a. 2; b. 5; c. 10; d. 20.

Fig.5 Plots of the relative crystallinity vs. crystallization temperature for TPI/CPI blends with different cooling ratesCooling rate/(℃·min-1): a. 2; b. 5; c. 10; d. 20.m(TPI)∶m(CPI): (A) 100∶0; (B) 80∶20; (C) 50∶50.

Fig.6 Plots of the relative crystallinity vs. crystallization time for TPI/CPI blends with different cooling ratesCooling rate/(℃·min-1): a. 2; b. 5; c.10; d. 20.m(TPI)∶m(CPI): (A) 100∶0; (B) 80∶20; (C) 50∶50.

Fig.7 Plots of lnΦ vs. lnt for TPI/CPI blendsXc(%): a. 20; b. 40; c. 60; d. 80. m(TPI)∶m(CPI): (A) 100∶0; (B) 80∶20; (C) 50∶50.

Table 2 Kinetic parameters for non-isothermal crystallization of TPI/CPI blends*

m(TPI)∶m(CPI)	X_c = 20%		X_c=40%		X_c=60%		X_c=80%
m(TPI)∶m(CPI)	F(T)	a	F(T)	a	F(T)	a	F(T)	a
100∶0	11.87	1.48	14.34	1.42	16.35	1.40	18.81	1.38
80∶20	12.05	1.17	14.40	1.18	16.36	1.19	18.73	1.21
50∶50	23.27	1.51	28.79	1.49	33.92	1.49	41.34	1.50

Fig.8 DSC heating curves with a heating rate of 10 ℃/min for TPI/CPI blendsHeating rate/(℃·min-1): a. 2; b. 5; c.10; d. 20. m(TPI)∶m(CPI): (A) 100∶0; (B) 80∶20; (C) 50∶50.

Table 3 Values of melting enthalpy for non-isothermal crystallization of TPI/CPI blends

Heating rate/(℃·min^-1)	m(TPI)∶m(CPI)	Δ $H f *$ /(J·g^-1)	Δ $H f, TPI *$ /(J·g^-1)
2	100∶0	49.17	49.17
	80∶20	37.22	46.53
	50∶50	22.77	45.54
5	100∶0	44.60	44.6
	80∶20	34.35	42.94
	50∶50	22.31	44.62
10	100∶0	42.16	42.16
	80∶20	33.39	41.74
	50∶50	21.54	43.08
20	100∶0	40.83	40.83
	80∶20	33.30	41.63
	50∶50	21.38	42.76

Table 3 Values of melting enthalpy for non-isothermal crystallization of TPI/CPI blends

Heating rate/(℃·min^-1)	m(TPI)∶m(CPI)	Δ $H f *$ /(J·g^-1)	Δ $H f, TPI *$ /(J·g^-1)
2	100∶0	49.17	49.17
	80∶20	37.22	46.53
	50∶50	22.77	45.54
5	100∶0	44.60	44.6
	80∶20	34.35	42.94
	50∶50	22.31	44.62
10	100∶0	42.16	42.16
	80∶20	33.39	41.74
	50∶50	21.54	43.08
20	100∶0	40.83	40.83
	80∶20	33.30	41.63
	50∶50	21.38	42.76

参考文献 16

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