兩種混合模式下PS-MAMA微量組分在聚合物熔體中的分散

張才亮，金祖玉，顧雪萍，馮連芳（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）

兩種混合模式下PS-MAMA微量組分在聚合物熔體中的分散

張才亮，金祖玉，顧雪萍，馮連芳
（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：通過苯乙烯 (St) 和3-異丙烯基-α,α-二甲基芐基異氰酸酯 (TMI) 共聚制備了共聚物P(St-co-TMI)，然后與9-(N-甲氨基甲基)蒽（MAMA）反應(yīng)合成了具有示蹤特性的聚苯乙烯大分子示蹤劑（PS-MAMA）。采用PS-MAMA作為微量組分，在自制的間歇混合器中考察了兩種混合模式下其在聚苯乙烯（PS）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中的分散行為。結(jié)果表明：對于左右兩個(gè)轉(zhuǎn)子同時(shí)異向轉(zhuǎn)動(dòng)的勻速混合模式，雖然可以在較短時(shí)間內(nèi)使微量組分在轉(zhuǎn)子壁面和混合腔體內(nèi)壁之間形成穩(wěn)定的層狀分布，但是隨著混合時(shí)間的延長，層與層之間的混合較慢；而對于交替異向轉(zhuǎn)動(dòng)的方波混合模式，盡管在混合初期，層內(nèi)和層間的濃度分布都不均勻，但是流場的交替變化加快了微量組分PS-MAMA在聚合物熔體中的分散。因此，方波混合模式的混合效果要優(yōu)于勻速混合模式的。

關(guān)鍵詞：混合；分散；聚合物加工；示蹤劑；流場

2015-08-03收到初稿，2015-10-28收到修改稿。

聯(lián)系人：馮連芳。第一作者：張才亮（1978—），男，博士，副教授。

Received date: 2015-08-03.

引　言

聚合物材料不僅在很多領(lǐng)域取代了金屬和陶瓷，更重要的是它們持續(xù)不斷地開辟了許多新的應(yīng)用。然而，單一的聚合物已不能滿足新的應(yīng)用對材料性能的要求。具有經(jīng)濟(jì)和靈活的聚合物共混改性已成為制備高性能聚合物材料最重要的方法[1-2]。如加入橡膠可以實(shí)現(xiàn)聚合物材料的增韌[3]；添加納米填料可提高聚合物材料的力學(xué)性能和耐熱性能[4-5]等。這些聚合物共混材料性能的提高很大程度上依賴于添加劑在聚合物基體中的分散。然而，由于聚合物熔融共混加工是在聚合物鏈結(jié)構(gòu)、多相界面與剪切和拉伸復(fù)雜流場等多尺度下發(fā)生的流動(dòng)、反應(yīng)和混合過程，且這些過程之間存在復(fù)雜的耦合關(guān)系，直接影響共混體系的分散，進(jìn)而影響所制備材料的物理和化學(xué)性能[6-7]。因此，為了制備性能優(yōu)異的聚合物復(fù)合材料，不僅要研究各種聚合物之間性能的互補(bǔ)性，更需深入理解共混加工過程的流場中不同物料之間的混合與分散，尤其是對于一些添加量少但對共混材料性能影響卻非常大的添加劑如相容劑[8-9]、抗氧劑[10]或成核劑[11]等的分散。如在聚羥基丁酸酯/聚丁二酸丁二醇酯(80/20)共混體系中加入0.5%過氧化異丙苯就可以原位生成相容劑，明顯減小共混體系的界面張力，提高共混物的沖擊強(qiáng)度約3倍[12]。

目前，對于聚合物熔融共混過程分散狀況的檢測一般是通過對復(fù)合材料最終的物理性能測試來實(shí)現(xiàn)[13-14]。但是，這種方法所反映的是宏觀上的分散效果，并不能反映局部信息，更不用說流場與分散效果的關(guān)系。分散相的相形態(tài)信息[15-16]（如分散相粒徑大小、粒徑分布、形狀及相結(jié)構(gòu)等）也常被用于表征分散狀況，但是對于微量添加劑，或與聚合物基體相容的添加劑的分散觀測也存在困難。

示蹤技術(shù)是目前研究聚合物加工過程中熔體流動(dòng)的最重要方法[17-19]。由于固體示蹤劑（如CaCO3和玻璃珠粒等）對流動(dòng)有強(qiáng)烈干擾，影響其測試結(jié)果，因而，大分子熒光示蹤劑在表征聚合物加工過程中的流動(dòng)（如停留時(shí)間分布）研究中更受關(guān)注。前期的研究[20-22]將這種熒光示蹤技術(shù)用于聚合物共混擠出過程，成功獲得了分散相形態(tài)的演變。但是未涉及熔體流動(dòng)形式與分散的關(guān)系，尤其是微量組分在聚合物中的分散。

因此，本文合成了可由紫外光譜定量分析的大分子示蹤劑（PS-MAMA），并將其作為微量組分，與聚苯乙烯（PS）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）進(jìn)行混合加工，考察了勻速混合和方波混合兩種混合模式下PS-MAMA在聚合物熔體中的分散行為。

1　實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1材料

實(shí)驗(yàn)所用的聚合物基體為PS和PMMA。其中，PS為南京揚(yáng)子-巴斯夫生產(chǎn)，牌號為158 K，熔體密度為970 kg·m?3；PMMA為LG公司提供的均聚物，牌號為IF850。

合成PS-MAMA所用原料包括：苯乙烯（St，上?；瘜W(xué)試劑公司），使用前經(jīng)無水氧化鋁除阻聚劑和水；3-異丙烯基-α,α-二甲基芐基異氰酸酯（TMI，Aldrich公司）；甲苯（杭州市高晶精細(xì)化工有限公司），經(jīng)無水氯化鈣除水；過氧化二苯甲酰（BPO，上?；瘜W(xué)試劑公司），使用前先用氯仿溶解后再在甲醇中沉淀，真空干燥后備用；9-(N-甲氨基甲基)蒽（MAMA，百靈威公司），純度為99%。

1.2大分子示蹤劑的合成

PS-MAMA的合成機(jī)理如圖1所示，包括兩步：一是St與TMI發(fā)生共聚，將異氰酸官能團(tuán)引入到它們共聚產(chǎn)物[P(St-co-TMI)]的分子鏈上；二是通過MAMA中的氨基和P(St-co-TMI)中的異氰酸官能團(tuán)反應(yīng)，將蒽基接到P(St-co-TMI)上，生成具有熒光示蹤特性的PS-MAMA。

具體合成過程如下：40 ml甲苯、60 ml St和2.4 ml TMI依次加入到反應(yīng)釜中，通氮?dú)?.5 h后將溶液加熱至80℃；再加入0.35 g BPO，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下反應(yīng)24 h；然后，經(jīng)甲醇沉降過濾，在80℃下真空干燥24 h后得到產(chǎn)物P(St-co-TMI);最后，將所合成的P(St-co-TMI)溶解于四氫呋喃（THF）中，加入過量的MAMA，在40℃反應(yīng)4 h后，在甲醇中沉降，過濾干燥后即得到PS-MAMA。

1.3聚合物熔融混合裝置

聚合物和大分子示蹤劑的混合在如圖2所示的自制的混合裝置中進(jìn)行。該裝置由混合腔體、加熱控溫裝置、混合攪拌裝置和控制系統(tǒng)4部分組成。其中，混合腔體的實(shí)物照片和尺寸如圖3所示?；旌蠀^(qū)域由兩個(gè)直徑均為50.8 mm的圓柱相交構(gòu)成，兩圓柱間圓心距為38.2 mm，混合腔體深17.8 mm，能提供約為48 cm3的混合空間。攪拌轉(zhuǎn)子是直徑為25.4 mm、高為17.3 mm的兩個(gè)圓柱體，放置在與構(gòu)成混合區(qū)域兩圓柱同圓心的位置。

圖1　PS-MAMA的合成反應(yīng)機(jī)理Fig.1　Reaction mechanism for preparation of PS-MAMA

圖2　聚合物混合裝置Fig.2　Schematic diagram of device for polymer blending

圖3　混合腔體的實(shí)物照片和尺寸Fig.3　Photograph and dimension image of mixing chamber

1.4實(shí)驗(yàn)過程

首先，將混合腔體加熱至200℃，然后將聚合物母體和微量組分PS-MAMA按98/2的質(zhì)量比分別加入到混合腔中，其中PS-MAMA只放置混合腔體的中部，位于兩轉(zhuǎn)子之間直徑為12.7 mm的圓形區(qū)域，并采用隔片使PS-MAMA與PS或PMMA隔離。待聚合物充分熔融后，取出隔片，使共混組分接觸，并啟動(dòng)電機(jī)使轉(zhuǎn)子按設(shè)定的混合模式轉(zhuǎn)動(dòng)，混合一定時(shí)間后，將混合腔體置于液氮中驟冷，并在如圖3（a）所示的?3、?2、?1、0、1、2和3等7個(gè)特征位置取樣，并且將每個(gè)位置所取的樣品再在距離混合轉(zhuǎn)子壁面1.3、3.9、6.5、9.1和11.7 mm處，各取出5個(gè)樣品。然后，將這35個(gè)樣品分別溶于THF 中，再采用尤尼克公司的紫外可見光分光光度計(jì)（UV380）檢測它們在367 nm處的吸收強(qiáng)度（yi），基于不同MAMA濃度與它們在367 nm處吸收強(qiáng)度的線性擬合關(guān)系，由式（1）計(jì)算出MAMA的質(zhì)量濃度（xi, mg·ml?1），最后根據(jù)式（2）計(jì)算出PS-MAMA在各個(gè)位置的濃度（ci, mg·ml?1）。其中，0.043是MAMA在PS中的質(zhì)量含量。

1.5混合模式

為了獲得不同流動(dòng)特性的混合流場，轉(zhuǎn)子按勻速混合模式或方波混合模式對聚合物共混體系進(jìn)行混合。對于勻速混合模式，左右兩側(cè)轉(zhuǎn)子同時(shí)以96 r·min?1異向轉(zhuǎn)動(dòng)；而對于方波混合模式，左右兩側(cè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(?A和?B)在周期（T）變化如下

具體為：左邊轉(zhuǎn)子先以96 r·min?1的速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)而右邊轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)，5 s后，左邊轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動(dòng)而右邊轉(zhuǎn)子開始以96 r·min?1的速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)5 s后，左邊轉(zhuǎn)子再開始轉(zhuǎn)動(dòng)，周而復(fù)始。

1.6混合效果評價(jià)方法

采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法對PS-MAMA在腔體中不同位置的濃度進(jìn)行分析，獲得分散系數(shù)，以評價(jià)混合效果。具體如下：首先，以在特定位置取出的35個(gè)樣品作為分析樣本，每個(gè)位置的PS-MAMA的濃度為子樣，按式（4）計(jì)算它們的平均值

每個(gè)子樣數(shù)值與平均值的差即為偏差，用di表示

這35個(gè)子樣的標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ）可由式（6）計(jì)算

微量組分的分散系數(shù)（s）可由式（7）計(jì)算

1.7測試分析

傅里葉紅外 (FTIR) 光譜測試在Thermo Nicolet 5700 紅外儀上進(jìn)行。樣品在180℃熱壓成薄膜直接進(jìn)行測試，掃描速率32 s?1，分辨率4 cm?1。

凝膠滲透色譜 (GPC) 測試在waters 1525/2414型凝膠滲透色譜儀上進(jìn)行。采用示差檢測器，以THF為溶劑，PS為標(biāo)樣。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1PS-MAMA的表征

GPC測得P(St-co-TMI)的數(shù)均和重均分子量分別為31.2 kg·mol?1和58.1 kg·mol?1。

P(St-co-TMI)與MAMA反應(yīng)前后的紅外光譜如圖4所示。反應(yīng)前，P(St-co-TMI)的紅外光譜在1944 cm?1和2254 cm?1處分別出現(xiàn)了St和TMI中的異氰酸官能團(tuán)的特征峰，表明St的確與TMI 發(fā)生共聚反應(yīng)生成了共聚物P(St-co-TMI)。根據(jù)文獻(xiàn)[23]報(bào)道的方法，可由2254 cm?1和1492 cm?1處的峰面積計(jì)算出P(St-co-TMI)中TMI的含量為4.6%（質(zhì)量）。P(St-co-TMI)與MAMA反應(yīng)后，2254 cm?1處的異氰酸官能團(tuán)特征峰消失，而在1658 cm?1處出現(xiàn)了脲基特征峰，表明P(St-co-TMI)中的異氰酸官能團(tuán)能與MAMA中的氨基完全反應(yīng)，生成PS-MAMA。根據(jù)P(St-co-TMI)中TMI的含量可以計(jì)算出PS-MAMA中MAMA的含量為4.3%（質(zhì)量）。

圖4　P(St-co-TMI)和PS-MAMA的傅里葉紅外光譜圖Fig.4　FTIR spectra of P(St-co-TMI)和PS-MAMA

不同濃度的PS-MAMA/THF溶液的紫外吸收光譜如圖5所示。從圖中可知，在所測試的波段內(nèi)，PS-MAMA/THF溶液最大紫外吸收峰位于367 nm，且與其濃度無關(guān)。并且，文獻(xiàn)[17]也報(bào)道PS的引入基本上不影響MAMA的紫外吸收。根據(jù)MAMA的THF溶液濃度與它們在367 nm處的紫外吸收強(qiáng)度的線性擬合關(guān)系，可得到PS-MAMA中MAMA的含量為4.3%（質(zhì)量），與紅外方法得到的結(jié)果一致。

圖5　不同濃度的PS-MAMA/THF溶液的紫外吸收光譜Fig.5　Ultraviolet absorption spectra of PS-MAMA in THF with differenct concentrations

2.2混合模式對微量組分濃度分布的影響

以PS為母體和2%（質(zhì)量）的PS-MAMA為微量組分作為共混體系，在自制的混合裝置中混合一定時(shí)間后，從不同位置取樣，通過紫外定量分析PS-PMMA在PS 中濃度。對于勻速混合模式，不同混合時(shí)間下，距離轉(zhuǎn)子壁面0.13、0.39、0.65、0.91 和1.17 cm的聚合物熔體流層中PS-MAMA在PS中的濃度分布如圖6所示。從圖6可以看出，隨著混合時(shí)間的延長，不同位置的PS-MAMA的濃度逐漸趨于一致。并且，在混合時(shí)間為80 s的兩次重復(fù)實(shí)驗(yàn)所得到的不同位置的PS-MAMA的濃度差別都在10%以內(nèi)，而分散系數(shù)在5%以內(nèi)，表明該實(shí)驗(yàn)方法有較好的重復(fù)性。

圖6　勻速混合模式下不同混合時(shí)間PS-MAMA在PS中的濃度分布Fig. 6　Concentration distribution of PS-MAMA in PS after different times by steady-mixing mode

從圖6（a）和（b）中還可以看出，混合初期，左右兩個(gè)轉(zhuǎn)子同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，中心加料區(qū)的PS-MAMA迅速被拉伸為層狀，集中分布在靠近轉(zhuǎn)子區(qū)域。離轉(zhuǎn)子壁面距離越遠(yuǎn)的聚合物熔體流層中PS-MAMA的濃度越低，甚至在混合80 s后，靠近混合腔外壁處PS-MAMA的濃度仍幾乎為0；直到混合160 s左右，最外側(cè)PS-MAMA的濃度才比較接近均值，如圖6（d）和（e）所示。這主要是因?yàn)檗D(zhuǎn)子為圓柱狀，剪切能力較弱，導(dǎo)致越遠(yuǎn)離中心加料區(qū)的PS-MAMA的濃度越低，且增加緩慢。另外，整個(gè)混合過程，左右兩側(cè)分散相濃度基本呈對稱分布，證實(shí)勻速混合模式的流場也是對稱分布的。

同樣混合條件下，方波混合模式所得到的不同混合時(shí)間下PS-MAMA在PS中的濃度分布如圖7所示。從圖7（a）可以看出，混合初期，轉(zhuǎn)子先轉(zhuǎn)動(dòng)的一側(cè)PS-MAMA的濃度明顯高于轉(zhuǎn)子后轉(zhuǎn)一側(cè)的。隨著混合時(shí)間的延長，這一差異迅速減小。并且，混合腔體內(nèi)分散相的濃度沿著從轉(zhuǎn)子壁面到混合腔體內(nèi)壁之間開始出現(xiàn)層狀分布，而這一層狀分布又迅速被打破，使得離轉(zhuǎn)子壁面距離不同的聚合物熔體流層之間的PS-MAMA的濃度差異急劇減小，直至整個(gè)混合腔內(nèi)的PS-MAMA濃度達(dá)到相同，實(shí)現(xiàn)均勻分散。

圖7　方波模式下不同混合時(shí)間PS-MAMA在PS中的濃度分布Fig. 7　Concentration distribution of PS-MAMA in PS after different times by square wave-mixing mode

從圖7（a）和（b）中還可注意到，混合初期，離轉(zhuǎn)子距離不同的聚合物熔體流層之間，PS-MAMA的濃度也存在差異：轉(zhuǎn)子先轉(zhuǎn)的一側(cè)且靠近轉(zhuǎn)子壁面的內(nèi)側(cè)區(qū)域，PS-MAMA的濃度較高，外側(cè)由于轉(zhuǎn)子攪拌影響較小，PS-MAMA的濃度較低；而轉(zhuǎn)子后轉(zhuǎn)一側(cè)的腔體中PS-MAMA的濃度分布剛好相反，說明方波混合模式的流場不是對稱分布的，這種交替轉(zhuǎn)動(dòng)，可能會(huì)產(chǎn)生拉伸流與剪切流周期性變化，促進(jìn)微量組分的分散。事實(shí)上，對比兩種混合模式可明顯看出，方波混合模式的不同位置的微量組分的濃度比勻速混合模式更快地趨于一致，說明方波混合模式的混合效果的確要優(yōu)于勻速混合模式的。

2.3混合模式對微量組分分散系數(shù)的影響

為了更清楚地理解這兩種混合模式，特引入分散系數(shù)對它們的混合過程進(jìn)行分析。一般來說，分散系數(shù)越大，表明分散組分的濃度分布越寬，混合越不均勻；分散系數(shù)越小，表明分散組分的濃度分布越接近，混合越均勻。

根據(jù)分散過程中PS-MAMA的濃度分布，可計(jì)算得到勻速模式和方波模式下離轉(zhuǎn)子壁面不同距離的PS熔體流層內(nèi)分散系數(shù)隨混合時(shí)間的演變趨勢，分別如圖8（a）、（b）所示。從圖8（a）可以看出，勻速混合模式的混合初期（40 s），除了靠近混合腔內(nèi)壁的區(qū)域以外，混合腔內(nèi)離轉(zhuǎn)子壁面距離相同所形成的聚合物熔體流層內(nèi)的分散系數(shù)已達(dá)到0.2左右；在混合80 s后，靠近混合腔內(nèi)壁的聚合物熔體流層也由0.70迅速降低至0.25。并且，混合腔體中間區(qū)域，即離轉(zhuǎn)子壁面0.65 cm左右的熔體層內(nèi)分散系數(shù)最低。而對于方波混合模式則完全不同，在混合初期（40 s），層內(nèi)PS-MAMA的濃度分散系數(shù)較勻速模式明顯偏大，其靠近轉(zhuǎn)子區(qū)域?qū)觾?nèi)混合分散系數(shù)高達(dá)0.87，這可能是由于方波模式下靜止轉(zhuǎn)子一側(cè)靠近轉(zhuǎn)子區(qū)域附近周期性出現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)流造成的?？梢娀旌铣跗?，相對于方波模式，勻速模式由于其兩個(gè)轉(zhuǎn)子同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)可以使加在中間區(qū)域的微量組分更快速地拉伸以層狀形式分布在混合腔中。

圖8　勻速混合模式和方波混合模式離轉(zhuǎn)子壁面不同距離的流層內(nèi)PS-MAMA在PS中的分散系數(shù)隨時(shí)間的變化Fig. 8　Dispersion coefficient of PS-MAMA in PS in layer of metling flow with different distance to rotor wall as a function of mixing time by thesteady-mixing mode (a) and square wave-mixing mode (b)

圖9　勻速混合模式和方波混合模式離轉(zhuǎn)子壁面不同距離的流層間PS-MAMA在PS中的分散系數(shù)隨時(shí)間的變化Fig.9　Dispersion coefficient of PS-MAMA in PS between layers of metling flow with different distance to rotor wall as a function of mixing time at different locations by thesteady-mixing mode (a) and square wave-mixing mode (b)

進(jìn)一步考察了如圖3所示的0、±1、±2和±3位置處方波和勻速混合模式下，不同聚合物熔體流體層與層之間的PS-MAMA的分散系數(shù)隨時(shí)間變化趨勢，如圖9所示。從圖9（a）中可以看出，對于勻速模式，在混合初期，雖然每一層聚合物熔體流層內(nèi)PS-MAMA的濃度分散系數(shù)較小，但是每個(gè)取樣位置處不同聚合物熔體流層間的分散系數(shù)均達(dá)到0.7左右，表明從轉(zhuǎn)子壁面到混合腔內(nèi)壁之間的每一層聚合物熔體層間的PS-MAMA的濃度存在較大的差異，表現(xiàn)出非常不均勻的混合狀態(tài)。這說明在混合初期勻速混合模式主要是拉伸作用形成層狀分布。隨著混合的繼續(xù)進(jìn)行，層間的交換混合作用，使這一層間分散系數(shù)差異逐漸降低，但是速度很慢，直到混合240 s時(shí)，層間的濃度分布才接近比較均一的狀態(tài)。對比相同條件下方波混合模式聚合物熔體流層間分散系數(shù)演變規(guī)律[圖9（b）]可以看出，混合初期，先轉(zhuǎn)一側(cè)的混合腔中不同聚合物熔體流層間的分散系數(shù)明顯低于另外一側(cè)的，并隨著混合進(jìn)行，兩側(cè)區(qū)域的聚合物熔體流層間的分散系數(shù)均迅速降低?；旌?20 s時(shí)，其整體層間分散系數(shù)已達(dá)到0.11～0.18，而相同混合時(shí)間的勻速混合模式層間分散系數(shù)則為0.10～0.40?？梢姺讲ɑ旌夏Ｊ絻?yōu)于勻速混合模式。這也能夠進(jìn)一步從圖10所示的PS-MAMA在PMMA中的分散系數(shù)隨混合時(shí)間變化證實(shí)。

圖10　勻速混合模式和方波混合模式離轉(zhuǎn)子壁面不同距離的流層間PS-MAMA在PMMA中的分散系數(shù)隨時(shí)間的變化Fig.10　Dispersion coefficient between layers of metling flow with different distance to rotor wall as a function of mixing time at different locations by steady-mixing mode (a) and square wave-mixing mode (b)

因此，對比兩種混合模式下層內(nèi)分散系數(shù)和層間分散系數(shù)的演變規(guī)律，可知?jiǎng)蛩倩旌夏Ｊ娇梢愿斓貙⑽⒘拷M分拉伸成層狀分布在聚合物熔體中，但是這種混合模式的層間分散能力不足，隨著混合進(jìn)行，層間濃度差只能緩慢地減小。而對于方波模式，位于兩轉(zhuǎn)子中間區(qū)域的微量組分首先被先轉(zhuǎn)的左邊轉(zhuǎn)子帶入左側(cè)混合區(qū)域，以層狀分布在混合腔中間位置，當(dāng)右邊轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，混合腔中間區(qū)域分散相濃度呈自左向右逐漸降低趨勢，表現(xiàn)為右側(cè)混合區(qū)域中間靠近壁面處濃度最高。隨著混合的進(jìn)行，方波模式因?yàn)槠淅炝髋c剪切流周期性交替作用，大大加快了聚合物熔體層間的分散速度，使微量組分能較快地分散于聚合物母體中。

3　結(jié)　論

（1）采用St和TMI共聚合成了大分子示蹤劑前體P(St-co-TMI)，然后與MAMA反應(yīng)生成大分子示蹤劑PS-MAMA。

（2）通過紫外測試可得到混合腔內(nèi)不同位置的PS-MAMA在聚合物中的濃度，進(jìn)而獲得聚合物熔體層內(nèi)或?qū)娱g的分散系數(shù)，能夠分析微量組分在聚合物中的分散行為。

（3）對比勻速和方波混合模式，可知盡管勻速混合模式可以在混合初期較快地實(shí)現(xiàn)層狀分布，但是方波模式可提供更快的層間混合速度，使得混合效果優(yōu)于勻速混合模式。

符號說明

ci——各位置處PS-MAMA的濃度，mg·ml?1

di——各位置處PS-MAMA的濃度與平均濃度的差值

s——分散系數(shù)

x——MAMA濃度，mg·ml?1

xi——各位置處MAMA的濃度，mg·ml?1

y——UV吸收強(qiáng)度

yi——各位置處UV吸收強(qiáng)度

σ——標(biāo)準(zhǔn)偏差

?A——左側(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r·min?1

?B——右側(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r·min?1

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DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20151243

中圖分類號：TQ 317.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：0438—1157（2016）02—0485—09

基金項(xiàng)目：浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（LY15E030001）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（2015FZA4026）。

Corresponding author:Prof. FENG Lianfang, fenglf@zju.edu.cn supported by the Natural Science Foundation of Zhejiang Province (LY15E030001) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities (2015FZA4026).

Dispersion of minor PS-MAMA component in polymer melt under two mixing modes

ZHANG Cailiang, JIN Zuyu, GU Xueping, FENG Lianfang

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

Abstract:This work synthesized a macromolecular fluorescent-tracer (PS-MAMA) via the copolymerization of styrene (St) and 3-isopropenyl-α,α-dimethylbenzyl isocyanate (TMI) followed by reacting with 9-(methylaminomethyl) anthrance. The dispersion behaviors of PS-MAMA as a minor component in polystyrene (PS) and polymethylmethacrylate (PMMA) were investigated in a homemade batch mixer under two mixing modes. Results showed that for the steady mixing mode in which two rotors rotated together in an opposite direction, the minor component could form a stable laminar flow in a shorter time but the mixing between those layers was very slow; while for the square-wave mixing mode in which two rotors rotated alternately in an opposite direction, the PS-MAMA dispersion in the layer and between layers were poor in the initial mixing stage but the alternate rotation of two rotors can facilitate the exchange between the layers and accelerate the dispersion of minor component PS-MAMA in polymer melt. Therefore, the mixing ability of the square-wave mixing mode was better than that of the steady mixing mode.

Key words：mixing; dispersion; polymer processing; tracer; flow field