本体聚合法制备高分子减阻剂的特性黏数研究(第二部分)
2.4 α-己烯与α-十二烯配比的影响
V(α-己烯)∶V(α-十二烯)对高聚物特性黏数的影响见图5。由图5可见,V(α-己烯)∶V(α-十二烯)对特性黏数的影响不是很明显。除V(α-己烯)∶V(α-十二烯)=1∶1时特性黏数有小幅下降外,整体来看,特性黏数随α-十二烯含量的增加呈增大的趋势。选择V(α-己烯)∶V(α-十二烯)=1∶3较适宜。
单因素实验结果表明,高聚物较佳的合成条件为:主催化剂TiCl4用量0.08g、反应温度-5℃、V(α-己烯)∶V(α-十二烯)=1∶3、助催化剂Al(i-Bu)3用量0.10mL、反应时间48h。在此条件下获得的高聚物的特性黏数达到11.10 dL/g。
2.5 DDS用量的影响
在新型高效Ziegler-Natta催化体系中,给电子体的加入能显著改变催化剂的性能,控制聚合物的相对分子质量及其分布,影响聚合物的黏度。DDS是一种常用的外给电子体,它可以提高催化体系的活性及立体选择性,同时也对聚合物的微观结构和相对分子质量产生影响。
DDS用量对高聚物特性黏数的影响见图6。由图6可看出,特性黏数随DDS用量的增加先增大后降低,这说明DDS的加入量只有在适宜的范围内才能起到提高特性黏数的目的。这是因为DDS用量少时,DDS可促进Al(i-Bu)3的无规活性中心向等规活性中心转化,增加等规活性中心的数目,进而提高高聚物的特性黏数;但当DDS用量多时,过多的DDS与Al(i-Bu)3结合,使Al(i-Bu)3数目减少,活性链段过早失活,特性黏数降低。
2.6 聚合物共混的影响
A和B两种高聚物共混对共混物特性黏数的影响见图7。由图7可见,共混物的特性黏数随高聚物A含量的增加先增大后降低。当高聚物A的体积分数为60%时,共混物的特性黏数达到最大。这是因为体系共混后形成互锁状的交织结构,互锁结构增加了流体的流动阻力,导致共混物的特性黏数增大;共混物的特性黏数均大于单一高聚物的特性黏数。
2.7 复合催化剂的影响
TiCl4/Al(Et)3/Al(i-Bu)3复合催化剂对高聚物特性黏数的影响见图8。由图8可看出,特性黏数随Al(i-Bu)3含量的增加先增大后降低,当V(Al(Et)3)∶V(Al(i-Bu)3)=2∶3时,特性黏数达到最大。这是因为Al(i-Bu)3为助催化剂时,聚合反应速率较快,Al(Et)3为助催化剂时,聚合反应速率较慢,反应速率快的聚合体系先出现凝胶效应,反应速率慢的聚合体系后出现凝胶效应。将Al(i-Bu)3与Al(Et)3两种助催化剂复合,可以使聚合体系的反应速率比较均匀,使反应热缓慢地释放出来,有利于相对分子质量的提高及特性黏数的增加。因此,以TiCl4/Al(Et)3/Al(i-Bu)3为复合催化剂时可提高高聚物的特性黏数。
2.8 超声降解的影响
在超声波作用下,聚合物溶液内会产生很大的剪切应力,聚合物溶液表现出明显的超声降解特性。由超声剪切引起的聚合物分子链的断裂,可以达到和机械断裂同样的剪切效果,同时聚合物的特性黏数会发生改变。
超声降解对高聚物特性黏数的影响见图9。由图9可见,随剪切时间的延长,高聚物的特性黏数均呈下降趋势,下降幅度由快到慢,最后趋于稳定。起始特性黏数越大,特性黏数下降的幅度越小,经过超声降解后剩余的特性黏数越大。由此可见,起始特性黏数越大(即起始黏均相对分子质量越大),抗剪切稳定性越好。因此,可通过改变反应物用量及反应条件,有效地控制聚合物的相对分子质量,从而达到优化聚合物抗剪切性能的目的,这一点具有重要的应用价值。
3. 结论
(1)XRD和IR表征结果显示,合成的高聚物为结晶度较低的柔性α-烯烃聚合物。
(2)较佳的高聚物合成条件:主催化剂TiCl4用量0.08g、反应温度-5℃、V(α-己烯)∶V(α-十二烯)=1∶3、助催化剂Al(i-Bu)3用量0.10mL、反应时间48h;在较佳合成条件下合成的高聚物的特性黏为11.10dL/g。
(3)共混物的特性黏数均大于单一高聚物的特性黏数;以TiCl4/Al(Et)3/Al(i-Bu)3为复合催化剂时可提高高聚物的特性黏数;加入少量的DDS也可提高高聚物的特性黏数。
(4)高聚物溶液超声降解后随剪切时间的延长,特性黏数呈先下降后趋于稳定的趋势;起始特性黏数越大,下降幅度越小,抗剪切稳定性越好。