线型高分子量PPS树脂成功商业化之前,工业化生产的PPS树脂普遍存在相对分子质量较低的缺陷,因此,需经过热氧交联或化学交联提高相对分子质量、降低流动性以挤出造粒制备复合材料,所以,当时的PPS树脂也存在耐冲击性差、性脆的缺点[12]。当时的学者对PPS树脂的氧化交联研究主要是为了提高相对分子质量、改善性能和方便应用。
V.A.Sergeev和K.Shitikov[21-22]最先探讨了PPS在空气中的高温交联过程,认为PPS的热氧化交联主要是在苯环上发生自由基反应。R.T.Hawkins[23]等人对PPS 树脂进行了化学固化研究,提出氧化交联与热交联为固化时的主要副反应,并对PPS在高温空气中(370℃、24h,260℃、16h)的热固化进行了研究,提出PPS热固化会形成芳醚单元交联结构,并不会产生羟基或者亚砜基和砜基;R.M.Black[24]等人也对PPS的交联固化机理进行了研究,认为PPS的固化机理是一个结合交联、分子链断裂和氧化反应的复合过程,而PPS深度交联则是分为分子链先失去H、再失去S、最后获得O三个阶段的固化过程;M.Park[25]分别在空气和氮气氛围中于210~250℃下对PPS树脂进行热处理,并利用差示扫描量热仪(DSC)测试分析热处理后PPS的吸、放热变化,发现仅在空气氛围下热处理过的PPS树脂有明显的放热峰,且热处理温度越高,放热峰越明显,表明PPS空气氛围下热处理会产生氧化交联;同时,还研究了热处理温度、气体氛围及树脂颗粒尺寸对PPS交联的影响,发现升高热处理温度会加速交联速率和程度,热处理温度不影响到达最大交联速率的时间,增加气体氛围中氧含量浓度也会提高PPS的交联速率和程度,PPS树脂颗粒的尺寸越小则交联反应速率越快;A.P.Gies[26]等人对线型和环状PPS树脂进行热处理并利用MALDI-TOF/TOF CID及Py-GC/MS等表征方法测试PPS分子链段的形状、构造、封端基和分子链变化,其发现PPS分子链中以P—P和P—S形式封端的链段结构总是被优先检测到,但以S—S形式封端的链段结构被次级反应抑制,PPS树脂在含氧氛围下发生交联时,氧原子与硫原子形成亚砜基官能团结合到PPS大分子主链上,同时PPS经热处理后相对分子质量会增大,这一过程包括PPS的线型链增长、氧化交联和硫苯基团的置换反应。
国内学者也对PPS树脂的氧化交联展开了较多的研究。何国仁[27]等人利用X射线衍射仪(XRD)对270℃下热处理的PPS 树脂进行研究分析,发现PPS 经过固相热处理会导致结晶度降低,认为其是一个包含物理变化和化学变化的复合过程:一方面,PPS大分子链在高温含氧条件下会形成1,2,4-三取代苯结构连接点;另一方面,这些连接点会在PPS树脂热处理回冷时产生空间阻碍作用,造成相关链段难以重新排入晶格,因而结晶度降低。周宇[28]等人在空气条件下对PPS树脂进行热处理,发现PPS在空气中热处理的时间越长,相对分子质量和熔融黏度会大幅增长,热稳定性会提高,其认为这主要是由链增长和热氧交联反应导致的。段涛[29]等人研究了热交联处理与PPS结晶行为间的关系,发现PPS球晶的生长速率随着热处理时间的增加呈现先增大后减小的趋势,同时,经过适当的热处理后,PPS的球晶结构会更加完善;谭世语[30]等人结合静态理论和量子化学计算法对PPS的交联机理进行研究,对PPS分子模型和自由基模型进行了量子化学计算,发现PPS分子链中C—S键键级最小,高温条件下分子链中C—S键最先断裂产生自由基,C—S键易在热氧环境下氧化形成亚砜基或砜基,PPS苯环上的C反应活性较大,苯环因此也易发生交联,在熔融加工过程中,减少PPS 与O2的接触能大幅度减小自由基反应速率,从而可以减缓PPS热交联的速度。吕亚非[31]等人分别对PPS树脂进行固相热氧化和熔体热氧化处理以研究其结构变化,发现PPS经固相热处理后结晶会完善,相对分子质量会增大,仍能保持线型结构但结晶度有所下降,而PPS熔体热处理后会形成交联网状结构,结晶度会下降甚至呈现无定形状态;张统[32]等人研究了热处理与PPS树脂结构和性能之间的联系,表明高于PPS熔点时对其进行热处理,PPS产生氧化交联或链增长,结晶度减小,而相对分子质量、韧性和延展性却得到改善。(www.xing528.com)
目前,PPS树脂交联的方法主要有热氧交联和化学交联两种,并以热氧交联为主。国内外学者的研究表明,PPS树脂在150~350℃中自身会发生链扩展和交联反应,从而增大自身相对分子质量,并在不改变PPS树脂热塑性加工的前提下使得拉伸强度、模量、韧性和热稳定性得以提升,同时,在O2氛围下交联速率会提升,其热氧交联机理如图1-2所示。
图1-2 PPS热氧化交联机理示意图
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