金震，范宏（浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院，化學(xué)工程聯(lián)合國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310027）

長支鏈型PDMS-g-PE共聚物的制備及其增塑潤滑作用

金震，范宏
（浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院，化學(xué)工程聯(lián)合國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310027）

摘要：通過低含氫硅油與末端雙鍵聚乙烯大單體的硅氫加成反應(yīng)，制備了長支鏈型聚硅氧烷-聚乙烯接枝共聚物（PDMS-g-PE）。采用傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、核磁共振波譜（1H NMR）、高溫凝膠滲透色譜（HT-GPC）和差示掃描量熱分析（DSC）表征了共聚物的結(jié)構(gòu)與性能。考察了硅油含氫量對共聚物結(jié)構(gòu)和熱性能的影響，并將其用作HDPE的流動改性劑，研究了其增塑潤滑改性效果。結(jié)果表明，硅油含氫量越高，能加成上的PE支鏈越多，PDMS-g-PE的分子量越大。PDMS-g-PE的聚硅氧烷主鏈具有極低的玻璃化溫度（Tg），顯示出優(yōu)異的分子鏈柔順性。聚乙烯支鏈?zhǔn)筆DMS-g-PE表現(xiàn)出了較高的熔點(diǎn)和熔融焓。在HDPE中加入2%的PDMS-g-PE，使得熔融指數(shù)（MFR）提高21%，斷裂伸長率明顯提高，沖擊強(qiáng)度有所提高，而拉伸強(qiáng)度和彈性模量僅略有降低。

關(guān)鍵詞：聚二甲基硅氧烷；聚乙烯；聚合物；制備；流動改性劑

22015-08-03收到初稿，2015-12-10收到修改稿。

聯(lián)系人：范宏。第一作者：金震（1989—），男，博士研究生。

Received date: 2015-08-03.

引　言

聚二甲基硅氧烷（PDMS）是以Si—O為主鏈、甲基為側(cè)鏈的兼具有機(jī)-無機(jī)特性的高分子材料[1]。由于Si—O鍵的鍵能高，所以聚硅氧烷的化學(xué)穩(wěn)定性和熱性能優(yōu)異；由于Si—O主鏈柔軟，甲基能屏蔽主鏈，所以聚硅氧烷的玻璃化溫度極低，表面張力極低[2]。然而，聚硅氧烷的力學(xué)性能差，與大部分有機(jī)物的相容性差，這些缺陷限制了其應(yīng)用范圍[3]。聚乙烯（PE）力學(xué)性能好、綜合性能優(yōu)良，是用量最大的通用塑料。但其耐磨性、耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能不佳，部分牌號的加工流動性不好[4]。

如果將聚硅氧烷與聚乙烯結(jié)合，設(shè)計(jì)合成新型嵌段或接枝聚合物，使其既有聚硅氧烷分子鏈柔順、表面張力極低等特性，又有聚乙烯力學(xué)性能好的優(yōu)點(diǎn)，將具有深遠(yuǎn)的研究意義[5-6]。目前已有聚硅氧烷-短鏈/長鏈烷基接枝聚合物的文獻(xiàn)報(bào)道[7-8]。但是，這類接枝聚合物的支鏈都是相對較短的烷基（C6～C20），性狀為液體或者蠟狀，應(yīng)用范圍主要集中于化妝品及相關(guān)的表面改性領(lǐng)域。為了拓展這類接枝聚合物的應(yīng)用范圍，充分發(fā)揮聚硅氧烷和聚乙烯的特性，將相對較長的聚乙烯作為支鏈，形成長支鏈型聚硅氧烷-聚乙烯接枝聚合物（PDMS-g-PE），是很有意義的研究設(shè)想。與上述聚硅氧烷-短鏈/長鏈烷基接枝聚合物相比，PDMS-g-PE的熱穩(wěn)定性更好，表面性能獨(dú)特，在聚合物共混改性方面有顯著的優(yōu)勢。在聚烯烴的加工過程中，聚硅氧烷通常作為外潤滑劑，用于改善制品的表面性能[9-12]；聚乙烯蠟（分子量約幾千）通常作為內(nèi)潤滑劑，用于改善制品的加工流動性。目前，工業(yè)上常將內(nèi)、外潤滑劑混合使用；或?qū)?nèi)、外潤滑劑共混制成母料后使用[13]。PDMS-g-PE則通過化學(xué)鍵合的方式將內(nèi)、外潤滑劑結(jié)合起來，兼具二者優(yōu)勢，具有廣泛的應(yīng)用前景。

然而，這類PDMS-g-PE鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。究其原因，主要是沒有合適的聚乙烯大單體，能與聚硅氧烷發(fā)生接枝反應(yīng)。2006年，F(xiàn)ujita等[14]以[N-（環(huán)己基）-3-叔丁基水楊醛]二氯化鋯/dMAO為催化體系，通過乙烯配位聚合制備末端雙鍵聚乙烯。這種功能化聚乙烯末端雙鍵含量高于90%，相對分子質(zhì)量為2000～4600。本文將這種末端雙鍵聚乙烯作為大單體，與低含氫硅油進(jìn)行硅氫加成反應(yīng)，首次合成了PDMS-g-PE。研究了硅油含氫量對接枝聚合物結(jié)構(gòu)和熱性能的影響。然后將PDMS-g-PE作為HDPE的流動改性劑，結(jié)合其分子鏈柔順性和獨(dú)特的雜化結(jié)構(gòu)，以期改善HDPE的加工流動性。

1　實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1材料

八甲基環(huán)四硅氧烷（D4），新安化工集團(tuán)有限公司；高含氫硅油（UC202），嘉興聯(lián)合化學(xué)有限公司；六甲基二硅氧烷，百靈威科技有限公司；酸性白土，浙江省中新活性白土有限公司；[N-（環(huán)己基）-3-叔丁基水楊醛]二氯化鋯化合物根據(jù)文獻(xiàn)[14]合成；乙烯，揚(yáng)子石化公司，使用前經(jīng)過乙烯純化箱純化；Karstedt催化劑，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；高密度聚乙烯（HDPE），S5000型，中國石油化工股份有限公司；其他所有化學(xué)試劑均為分析純，購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2分析測試儀器和表征

傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR），Nicolet 5700型，澳大利亞 SGE公司；KBr壓片。核磁共振波譜儀（1H NMR），NMX300型，美國Varian公司；氘代試劑為1,2-C6D4Cl2，測試溫度為110℃，掃描500次。凝膠滲透色譜儀，Waters 1525/2414型，美國Waters公司；流動相為甲苯，標(biāo)樣為聚苯乙烯。高溫凝膠滲透色譜儀（HT-GPC），Viscotek 350A型，美國Viscotek公司；測試溫度為150℃，流動相為三氯苯，標(biāo)樣為聚苯乙烯。差示掃描量熱儀（DSC），TA Q200型，美國TA公司。溫度程序?yàn)椋?0℃·min?1升溫至150℃，保溫5 min；40℃·min?1降溫至?150℃，保溫3 min；10℃·min?1升溫至150℃，選取最后一段升溫程序進(jìn)行分析。微型高性能復(fù)合材料混合成型系統(tǒng)，HAAKE MiniLab Ⅱ型，德國Thermo Electron (Karlsruhe) GmbH。熔融指數(shù)儀，CEΛST型，意大利西斯特科學(xué)儀器公司；測試溫度190℃，測試壓力2.16 kg。萬能材料試驗(yàn)機(jī)，Zwick/Roell Z020型，德國Zwick公司；拉伸速率60 mm·min?1。擺錘沖擊儀，CEΛST型，意大利西斯特科學(xué)儀器公司；懸臂梁，有缺口試樣，沖擊錘能量1 J。

1.3低含氫硅油的制備

將一定量的八甲基環(huán)四硅氧烷（D4），高含氫硅油（UC202）和封端劑六甲基二硅氧烷加入250 ml三口燒瓶中，三口燒瓶配置氮?dú)馊肟?、四氟攪拌槳和冷凝管。加入反?yīng)物總質(zhì)量4%的酸性白土作催化劑，氮?dú)夥諊?0℃攪拌8 h得到乳白色油狀物。過濾除去酸性白土催化劑，然后80℃減壓蒸餾除去未反應(yīng)的硅氧烷環(huán)體，最終得到的無色透明油狀物，即為低含氫硅油，產(chǎn)率達(dá)88%。

1.4聚乙烯大單體的制備

聚乙烯大單體的制備在嚴(yán)格的無水無氧條件下進(jìn)行。在乙烯氛圍下，將200 ml甲苯和一定量的干燥MAO（Al/Zr=2000）加入500 ml支口燒瓶中，然后加入一定量的[N-（環(huán)己基）-3-叔丁基水楊醛]二氯化鋯化合物，在30℃下催化乙烯聚合。20 min后加入10 ml酸化乙醇（5%，體積分?jǐn)?shù)）終止反應(yīng)，將溶液倒入大量酸化乙醇中，室溫下攪拌10 h。過濾得到固體聚合物，60℃下真空干燥12 h后，取出稱量分析。配位聚合活性為7.6×106g·mol?1·h?1。

1.5PDMS-g-PE的制備

將一定量的低含氫硅油、聚乙烯大單體（低含氫硅油與聚乙烯大單體摩爾比為4:1）和溶劑氯苯加入250 ml三口燒瓶中，三口燒瓶配置氮?dú)馊肟?、四氟攪拌槳和冷凝管。加?.005%（以聚乙烯雙鍵的物質(zhì)的量計(jì)算）Karstedt催化劑，在氮?dú)夥諊?20℃攪拌12 h，冷卻后得到淡黃色半透明溶液。將溶液減壓抽濾得到白色固體粉末，即為PDMS-g-PE。60℃下真空干燥12 h后，取出稱量分析，反應(yīng)產(chǎn)率達(dá)78%。

1.6HDPE/PDMS-g-PE共混物的制備

HDPE/PDMS-g-PE共混物的制備在HAAKE MiniLab微型混合成型系統(tǒng)上進(jìn)行。將HDPE 4.5 g (100份)、PDMS-g-PE 0.09 g （2份）和抗氧劑1010 0.009 g （0.2份）加入混合儀中，設(shè)定溫度200℃、螺桿轉(zhuǎn)速100 r·min?1，循環(huán)混合20 min后取出共混物。將共混物按照國標(biāo)GB/T 1040.3—2006/ISO塑料拉伸性能的測定標(biāo)準(zhǔn)制備拉伸樣條。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1PDMS-g-PE的合成與結(jié)構(gòu)表征

如圖1所示，PDMS-g-PE由低含氫硅油與聚乙烯大單體的硅氫加成反應(yīng)合成。其中，低含氫硅油由高含氫硅油的調(diào)聚反應(yīng)制備，通過調(diào)控高含氫硅油、D4以及封端劑六甲基二硅氧烷的相對含量，合成了一系列數(shù)均分子量約為10000、PDI約為2、含氫量分別為0.6、1.0和1.4 mmol·g?1的低含氫硅油。含氫量通過溴乙酸、碘化鉀和硫代硫酸鈉的化學(xué)滴定法測定。末端雙鍵聚乙烯以[N-（環(huán)己基）-3-叔丁基水楊醛]二氯化鋯為催化劑，dMAO為助催化劑，通過乙烯配位聚合合成。通過核磁氫譜分析，聚乙烯大單體末端雙鍵含量為92%。由于低含氫硅油與聚乙烯大單體的溶解性差異大，所以選取合適的共溶劑對于二者的硅氫加成反應(yīng)十分重要[15]。通過甲苯、二甲苯、氯苯等不同溶劑在不同溫度下的實(shí)驗(yàn)對比，發(fā)現(xiàn)以氯苯為溶劑，在120℃下反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率最高。這主要因?yàn)槁缺綄Φ秃瑲涔栌秃途垡蚁┐髥误w都有一定的溶解性，使硅氫加成反應(yīng)能在較高的單體濃度下進(jìn)行。由于聚乙烯大單體的溶解性較差，而含氫硅油的溶解性很好，所以不能按照理論的反應(yīng)基團(tuán)比例進(jìn)行投料。通過對比不同的投料比（低含氫硅油與聚乙烯大單體摩爾比0.5:1、1:1、2:1、4:1、8:1）對硅氫加成反應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)低含氫硅油與聚乙烯大單體的摩爾比為4:1時，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率最高，而且產(chǎn)物中硅氫基團(tuán)和雙鍵完全反應(yīng)。因而選取該投料比進(jìn)行反應(yīng)。根據(jù)低含氫硅油的含氫量，加成產(chǎn)物分別命名為PDMS-g-PE 0.6、PDMS-g-PE 1.0和PDMS-g-PE 1.4。

圖1　PDMS-g-PE的合成方法Fig. 1　Synthesis of PDMS-g-PE

圖2是聚乙烯大單體和PDMS-g-PE 1.0的紅外譜圖。在聚乙烯大單體的紅外譜圖中，2918、2850 cm?1處是亞甲基的伸縮振動吸收峰；1640 cm?1處是的伸縮振動吸收峰；1473 cm?1處是亞甲基的彎曲振動吸收峰；1096 cm?1處的寬峰是端乙烯基的C—H彎曲振動吸收峰；730 cm?1處是亞甲基面內(nèi)搖擺振動吸收峰。這說明聚乙烯大單體具有端乙烯基。在PDMS-g-PE 1.0的紅外譜圖中，2963、2918、2850 cm?1處是亞甲基的吸收峰；1473 cm?1處是亞甲基的彎曲振動吸收峰；1413、1262 cm?1處是Si—CH3的特征吸收峰；1098、1018、800 cm?1處的峰是Si—O—Si的特征吸收峰。在2100、890 cm?1處沒有出現(xiàn)吸收峰，表明PDMS-g-PE中沒有Si—H殘余；在1640 cm?1處沒有明顯的吸收峰，表明PDMS-g-PE中沒有未反應(yīng)的聚乙烯大單體。由此可以看出，PDMS-g-PE的結(jié)構(gòu)與預(yù)期相符。

圖2　聚乙烯大單體和PDMS-g-PE的紅外譜圖Fig. 2　FT-IR spectra of vinyl terminated PE and PDMS-g-PE

圖3是聚乙烯大單體和PDMS-g-PE的核磁氫譜。譜線a中，δ=2.2、δ=5.2和δ=5.8處為聚乙烯大單體的雙鍵特征峰，而在譜線b中沒有發(fā)現(xiàn)以上特征峰，表明接枝產(chǎn)物中沒有未反應(yīng)的聚乙烯大單體。譜線b中，δ=0～0.3處為硅氧烷的特征峰，δ=0.53處為與硅相連的亞甲基的峰，δ=0.8～1.5處為聚乙烯支鏈的特征峰。核磁分析與紅外分析的結(jié)果一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了PDMS-g-PE的結(jié)構(gòu)。

圖3　聚乙烯大單體和PDMS-g-PE的核磁氫譜Fig. 3　1H NMR spectra of vinyl terminated PE and PDMS-g-PEa—vinyl terminated PE; b—PDMS-g-PE

PDMS-g-PE的分子量和分子量分布如表1所示。PDMS-g-PE的分子量大于低含氫硅油與PE大單體的分子量之和，這是因?yàn)榈秃瑲涔栌头肿渔溕嫌卸鄠€Si—H反應(yīng)位點(diǎn)，使其能加成多條PE支鏈。隨著低含氫硅油含氫量的增大，PDMS-g-PE的分子量也隨之增大。表明隨著Si—H反應(yīng)位點(diǎn)的增多，低含氫硅油接枝上的PE支鏈也增多。但是，PDMS-g-PE的分子量并沒有隨含氫量的增大而成比例增大，主要因?yàn)榉磻?yīng)位阻增大，影響了硅氫加成的反應(yīng)活性和轉(zhuǎn)化率。相比于低含氫硅油與PE大單體，PDMS-g-PE的PDI較寬，處于2～4之間。

表1　PDMS-g-PE的分子量、分子量分布以及熱性能Table 1　Molecular weight, molecular weight distribution and thermal properties of PDMS-g-PE

2.2PDMS-g-PE的熱性能

PDMS-g-PE的熱性能如圖4所示，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）、熔點(diǎn)（Tm）和熔融焓（ΔHm）如表1所示。由于PE結(jié)晶速度很快，為了測量PDMS-g-PE的玻璃化轉(zhuǎn)變，DSC的溫度程序設(shè)為先40℃·min?1快速升溫至150℃，以消除熱歷史；再40℃·min?1快速降溫至?150℃；最后10℃·min?1升溫至150℃；取最后一段升溫曲線分析。圖4中，每條升溫曲線上方的小圖，是對應(yīng)的玻璃化轉(zhuǎn)變的放大圖。由圖4可知，PDMS-g-PE具有極低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，歸因于硅氧烷主鏈的柔順性。PDMS-g-PE只有一個熔融峰，表明其結(jié)構(gòu)均一，熔融峰產(chǎn)生于PE鏈段的結(jié)晶熔融。隨著PDMS主鏈上PE支鏈的增多，PDMS-g-PE的Tg逐漸升高，Tm略微升高，ΔHm逐漸增大。PDMS-g-PE 0.6的Tg為?124.5℃，接近純PDMS；PDMS-g-PE 1.4的Tg為?118.2℃，比PDMS-g-PE 0.6高6.3℃。主要原因是隨著PE支鏈的增多，PE結(jié)晶鏈段對硅氧烷主鏈柔順性的影響增大，導(dǎo)致Tg升高。相應(yīng)地，隨著PE支鏈的增多，其結(jié)晶行為越顯著，導(dǎo)致PDMS-g-PE的Tm升高，ΔHm增大。

圖4　PDMS-g-PE的DSC曲線Fig. 4　DSC curves of PDMS-g-PE

2.3HDPE/PDMS-g-PE共混物的流動性能和力學(xué)性能

將PDMS-g-PE與熔融指數(shù)（MFR）較低的HDPE共混，考察了不同加入量與不同結(jié)構(gòu)對HDPE/PDMS-g-PE共混物的流動性能與力學(xué)性能的影響。圖5展示了MFR與PDMS-g-PE 0.6加入量的關(guān)系。當(dāng)PDMS-g-PE 0.6的加入量為0.5%時，與純HDPE相比，共混物的MFR稍微增大；當(dāng)PDMS-g-PE 0.6的加入量為2%時，共混物的MFR比純HDPE增大了21%；繼續(xù)增大加入量至5%時，共混物的MFR增大不明顯。可見PDMS-g-PE 0.6加入量為2%時，就能明顯增加HDPE的流動性。這主要?dú)w因于PDMS-g-PE良好的分子鏈柔順性以及其獨(dú)特的雜化結(jié)構(gòu)。圖6展示了MFR與不同結(jié)構(gòu)PDMS-g-PE的關(guān)系。3種不同結(jié)構(gòu)的PDMS-g-PE加入量都為2%。由圖6可知，PDMS-g-PE 0.6的流動改性效果最佳，其次是PDMS-g-PE 1.0，PDMS-g-PE 1.4的流動改性效果最差。因此，當(dāng)硅油主鏈上聚乙烯支鏈相對較少時，其流動改性效果較好。這主要因?yàn)榫垡蚁┲ф湹脑黾?，降低了PDMS-g-PE的分子鏈柔順性，而且支鏈增多后PDMS-g-PE不能有效降低HDPE分子間的內(nèi)聚力，導(dǎo)致其流動改性效果變差。

圖5　MFR與PDMS-g-PE 0.6加入量的關(guān)系Fig. 5　MFR versus content of PDMS-g-PE 0.6

表2列出了HDPE/PDMS-g-PE共混物以及HDPE/常用流動改性劑的流動性能與力學(xué)性能數(shù)據(jù)。力學(xué)性能方面，PDMS-g-PE的加入，使得HDPE/PDMS-g-PE共混物的拉伸強(qiáng)度和彈性模量稍微降低，斷裂伸長率有所提高。在一定范圍內(nèi)，PDMS-g-PE的加入量越高，則流動改性效果越好，拉伸強(qiáng)度與彈性模量越低，斷裂伸長率越高。對于不同結(jié)構(gòu)的PDMS-g-PE，PE支鏈越少（如PDMS-g-PE 0.6），則流動改性效果越好，拉伸強(qiáng)度與彈性模量越低，斷裂伸長率越高，沖擊強(qiáng)度越高。PE支鏈越多（如PDMS-g-PE 1.4），則流動改性效果越差，拉伸強(qiáng)度和彈性模量越高，斷裂伸長率越低，沖擊強(qiáng)度越低。PDMS-g-PE柔順的分子鏈和獨(dú)特的雜化結(jié)構(gòu)使得共混物的分子間作用力變小，塑性和韌性增強(qiáng)，從而使斷裂伸長率和沖擊強(qiáng)度提高，同時使拉伸強(qiáng)度與彈性模量降低。

表2　HDPE/PDMS-g-PE共混物以及HDPE/常用流動改性劑的流動性能與力學(xué)性能Table 2　Flow properties and mechanical properties of HDPE/PDMS-g-PE and HDPE/common flow modifiers

圖6　MFR與不同結(jié)構(gòu)PDMS-g-PE的關(guān)系Fig. 6　MFR versus different PDMS-g-PE

選取了兩種常用的聚烯烴流動改性劑與PDMS-g-PE進(jìn)行對比，結(jié)果見表2。其一是道康寧超高分子量硅氧烷母料（MB50-002），由超高分子量聚硅氧烷與LDPE組成（質(zhì)量比1/1），常用作聚烯烴的加工助劑。另一種是聚乙烯蠟（PE wax），由低分子量聚乙烯組成，常用作聚烯烴的內(nèi)潤滑劑。流動性能方面，PDMS-g-PE 0.6的改性效果明顯優(yōu)于硅氧烷母料，略好于聚乙烯蠟。力學(xué)性能方面，硅氧烷母料以及聚乙烯蠟的加入同樣會導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度與彈性模量降低。另外，硅氧烷母料的加入會導(dǎo)致斷裂伸長率下降，沖擊強(qiáng)度提高；聚乙烯蠟的加入會導(dǎo)致斷裂伸長率下降，沖擊強(qiáng)度降低。而PDMS-g-PE 0.6的加入會使斷裂伸長率和沖擊強(qiáng)度都得以提高。因此，PDMS-g-PE作為HDPE的流動改性劑，效果明顯優(yōu)于硅氧烷母料和聚乙烯蠟。

3　結(jié)　論

本文報(bào)道了長支鏈型聚硅氧烷-聚乙烯接枝共聚物（PDMS-g-PE）的合成方法，研究了其結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系；并將其用作HDPE的流動改性劑，研究了其改性效果。結(jié)論如下。

（1）通過低含氫硅油與末端雙鍵聚乙烯大單體的硅氫加成反應(yīng)，成功合成了長支鏈型PDMS-g-PE。通過FT-IR、1H NMR和GPC等分析測試手段表征了其分子結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)秃瑲涔栌秃瑲淞康脑礁撸芗映缮系腜E支鏈越多，所得PDMS-g-PE的分子量越大。

（2）PDMS-g-PE具有極低的玻璃化溫度（Tg），顯示出優(yōu)異的分子鏈柔順性，同時由于PE支鏈的存在又具有較高的Tm，且Tm和ΔHm隨著PE支鏈數(shù)增加而增大。

（3）在HDPE中加入少量PDMS-g-PE，能明顯提高其流動性，同時拉伸強(qiáng)度和彈性模量稍微降低，斷裂伸長率明顯提高，沖擊強(qiáng)度有所提高。當(dāng)PDMS-g-PE分子中PE支鏈較少時，其流動改性效果較好。與常用的聚烯烴流動改性劑相比，PDMS-g-PE具有明顯的優(yōu)勢。

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DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20151239

中圖分類號：TQ 325.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：0438—1157（2016）02—0672—07

基金項(xiàng)目：化學(xué)工程聯(lián)合國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目（SKL-ChE-12T08）；國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2011CB606001）。

Corresponding author:Prof. FAN Hong, hfan@zju.edu.cn supported by the State Key Laboratory of Chemical Engineering at Zhejiang University (SKL-ChE-12T08) and the National Basic Research Program of China (2011CB606001).

Synthesis, characterization and lubricating effect of long chain branched polydimethylsiloxane-g-polyethylene copolymers

JIN Zhen, FAN Hong
(State Key Laboratory of Chemical Engineering, College of Chemical and Biological Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, Zhejiang, China)

Abstract:Long chain branched polydimethylsiloxane-g-polyethylene (PDMS-g-PE) copolymers were synthesized by hydrosilylation reaction between polymethylhydrosiloxane and vinyl terminated PE macromonomer. The structure and properties were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H NMR), high temperature gel permeation chromatography (HT-GPC) and differential scanning calorimetry (DSC). The effect of the hydrogen content of polymethylhydrosiloxane on the copolymer structure and properties was investigated. It was found that the molecular weight of PDMS-g-PE increased with the hydrogen content of polymethylhydrosiloxane since more PE macromonomers were grafted onto the polydimethylsiloxane main chains. The glass transition temperature (Tg) of PDMS-g-PE was extremely low, indicating the excellent molecular chain flexibility. PDMS-g-PE with more PE branched chains showed higher melting temperature (Tm) and higher melting enthalpy (ΔHm). PDMS-g-PE was used as flow modifier for HDPE. When 2% PDMS-g-PE was added to HDPE, the melting flow rate (MFR) increased by 21%, the elongation at break improved significantly and the impact strength improved a little, while the tensile strength and elastic modulus decreased slightly.

Key words：polydimethylsiloxane; polyethylene; polymer; preparation; flow modifier