聚碳酸酯(PC)是20世纪60年代初发展起来的一种综合性能优良的热塑性工程塑料,具有突出的冲击韧性、透明性和尺寸稳定性,优良的力学强度、电绝缘性,使用温度范围宽,良好的耐蠕变性、耐候性及自熄性。但也存在对缺口敏感,容易发生应力开裂、熔体黏度大、流动性差的缺点,为此需要对聚碳酸酯进行改性,如开发新的聚碳酸酯产品、增强改性、增韧改性等。目前,聚碳酸酯广泛用于电子、电器、汽车、光学材料等领域。此外由于PC分子链中存在对水及热都比较敏感的碳酸酯键,在高温有氧及潮湿环境下PC的分子链会不同程度的降解,严重影响了其性能。由于PC的阻燃性能、成型加工性能及在工程应用中的老化问题等都与PC的热降解性能密切相关,近年来,对聚碳酸酯热稳定性及热降解机理的研究受到极大的关注。

由于聚碳酸酯制备方法和生产工艺的不同,其热稳定性有较大的差别,端基结构、摩尔质量及其分布及不同添加剂等对PC的热稳定性影响较大。相对分子质量和相对分子质量分布对聚碳酸酯的热稳定性也有显著影响。通过不同摩尔质量的PC的降解性能,TGA表明,摩尔质量对于聚碳酸酯整个降解过程均有影响,并且摩尔质量越小,降解温度越低。除用重均摩尔质量(Mw)、数均摩尔质量(Mn)和Mw/Mn表征PC相对分子质量大小和分布宽度外,同时采用相对分子质量分布曲线上的高低摩尔质量尾端起始相对分子质量(M902Mp,Mp2M10),作为表明相对分子质量分布的两尾端分布情况的参考参数,分析研究了这些参数与PC热稳定性之间的关系。相对分子质量分布的各种参数值基本无差异的各PC样品,其热稳定性基本相同。而具有相同Mw的PC样品,相对分子质量分布宽、低相对分子质量含量高的PC热稳定性较差。

PC在应用中往往会添加一些助剂以改善PC的阻燃性能、加工性能、缺口冲击强度等。这些助剂对PC的热稳定性也将产生一定的影响。通过研究了作为偶联剂的甲基三甲氧基硅烷和钛酸四丁酯对PC热稳定性的影响。DTA和TGA测试数据表明,甲基三甲氧基硅烷对PC热稳定性影响很小,而用钛酸四丁酯处理的PC的玻璃化转变温度和开始热失重的温度都比PC的相应温度低得多。这可能是由于钛酸四丁酯与PC间发生反应,使PC大分子链易于断裂,造成PC的热稳定性下降。在PC中添加钛酸钾晶须后,会使PC的热稳定性变差,这是因为钛酸钾晶须具有碱性,PC在碱性环境中更易于降解。当钛酸钾晶须用偶联剂甲基三甲氧基硅烷和钛酸四丁酯处理后,与PC共混,热稳定性变得更差,这一结果表明甲基三甲氧基硅烷和钛酸钾晶须对PC的热降解具有协同增效作用。

一般认为,为提高聚碳酸酯的稳定性,相对分子质量低于111×104部分应尽量少,提高聚碳酸酯的热稳定性,可以通过适当提高PC树脂的平均相对分子质量和减小树脂相对分子质量分布宽度,降低相对分子质量含量来实现。因为相对分子质量越大,羟端基及羧端基含量越低、活性越弱,摩尔质量分布越窄,低摩尔质量羟端基及羧端基含量降低。

诸多因素影响聚碳酸酯的热降解行为及热稳定性。聚碳酸酯端基不同,降解条件不同,降解机理可能不同,降解产物也会有差异,各种添加剂对于聚碳酸酯热稳定性会有一定的影响。通过采用恰当的聚合方法,适当提高聚碳酸酯的摩尔质量,减小摩尔质量分散性,降低低摩尔质量聚合物含量,采用合适的单官能团物质对聚碳酸酯进行封端,可一定程度提高聚碳酸酯的热稳定性。同时,在聚碳酸酯加工中加入适当的抗氧剂或热稳定剂体系,对其进行化学共混改性,对于聚碳酸酯的热稳定性也有一定提高,从而提高聚碳酸酯的力学性能及使用性能。

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