两种混合模式下PS-MAMA微量组分在聚合物熔体中的分散

张才亮，金祖玉，顾雪萍，冯连芳（浙江大学化学工程与生物工程学院，化学工程联合国家重点实验室，浙江 杭州 310027）

两种混合模式下PS-MAMA微量组分在聚合物熔体中的分散

张才亮，金祖玉，顾雪萍，冯连芳
（浙江大学化学工程与生物工程学院，化学工程联合国家重点实验室，浙江 杭州 310027）

摘要：通过苯乙烯 (St) 和3-异丙烯基-α,α-二甲基苄基异氰酸酯 (TMI) 共聚制备了共聚物P(St-co-TMI)，然后与9-(N-甲氨基甲基)蒽（MAMA）反应合成了具有示踪特性的聚苯乙烯大分子示踪剂（PS-MAMA）。采用PS-MAMA作为微量组分，在自制的间歇混合器中考察了两种混合模式下其在聚苯乙烯（PS）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中的分散行为。结果表明：对于左右两个转子同时异向转动的匀速混合模式，虽然可以在较短时间内使微量组分在转子壁面和混合腔体内壁之间形成稳定的层状分布，但是随着混合时间的延长，层与层之间的混合较慢；而对于交替异向转动的方波混合模式，尽管在混合初期，层内和层间的浓度分布都不均匀，但是流场的交替变化加快了微量组分PS-MAMA在聚合物熔体中的分散。因此，方波混合模式的混合效果要优于匀速混合模式的。

关键词：混合；分散；聚合物加工；示踪剂；流场

2015-08-03收到初稿，2015-10-28收到修改稿。

联系人：冯连芳。第一作者：张才亮（1978—），男，博士，副教授。

Received date: 2015-08-03.

引　言

聚合物材料不仅在很多领域取代了金属和陶瓷，更重要的是它们持续不断地开辟了许多新的应用。然而，单一的聚合物已不能满足新的应用对材料性能的要求。具有经济和灵活的聚合物共混改性已成为制备高性能聚合物材料最重要的方法[1-2]。如加入橡胶可以实现聚合物材料的增韧[3]；添加纳米填料可提高聚合物材料的力学性能和耐热性能[4-5]等。这些聚合物共混材料性能的提高很大程度上依赖于添加剂在聚合物基体中的分散。然而，由于聚合物熔融共混加工是在聚合物链结构、多相界面与剪切和拉伸复杂流场等多尺度下发生的流动、反应和混合过程，且这些过程之间存在复杂的耦合关系，直接影响共混体系的分散，进而影响所制备材料的物理和化学性能[6-7]。因此，为了制备性能优异的聚合物复合材料，不仅要研究各种聚合物之间性能的互补性，更需深入理解共混加工过程的流场中不同物料之间的混合与分散，尤其是对于一些添加量少但对共混材料性能影响却非常大的添加剂如相容剂[8-9]、抗氧剂[10]或成核剂[11]等的分散。如在聚羟基丁酸酯/聚丁二酸丁二醇酯(80/20)共混体系中加入0.5%过氧化异丙苯就可以原位生成相容剂，明显减小共混体系的界面张力，提高共混物的冲击强度约3倍[12]。

目前，对于聚合物熔融共混过程分散状况的检测一般是通过对复合材料最终的物理性能测试来实现[13-14]。但是，这种方法所反映的是宏观上的分散效果，并不能反映局部信息，更不用说流场与分散效果的关系。分散相的相形态信息[15-16]（如分散相粒径大小、粒径分布、形状及相结构等）也常被用于表征分散状况，但是对于微量添加剂，或与聚合物基体相容的添加剂的分散观测也存在困难。

示踪技术是目前研究聚合物加工过程中熔体流动的最重要方法[17-19]。由于固体示踪剂（如CaCO3和玻璃珠粒等）对流动有强烈干扰，影响其测试结果，因而，大分子荧光示踪剂在表征聚合物加工过程中的流动（如停留时间分布）研究中更受关注。前期的研究[20-22]将这种荧光示踪技术用于聚合物共混挤出过程，成功获得了分散相形态的演变。但是未涉及熔体流动形式与分散的关系，尤其是微量组分在聚合物中的分散。

因此，本文合成了可由紫外光谱定量分析的大分子示踪剂（PS-MAMA），并将其作为微量组分，与聚苯乙烯（PS）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）进行混合加工，考察了匀速混合和方波混合两种混合模式下PS-MAMA在聚合物熔体中的分散行为。

1　实验材料和方法

1.1材料

实验所用的聚合物基体为PS和PMMA。其中，PS为南京扬子-巴斯夫生产，牌号为158 K，熔体密度为970 kg·m−3；PMMA为LG公司提供的均聚物，牌号为IF850。

合成PS-MAMA所用原料包括：苯乙烯（St，上海化学试剂公司），使用前经无水氧化铝除阻聚剂和水；3-异丙烯基-α,α-二甲基苄基异氰酸酯（TMI，Aldrich公司）；甲苯（杭州市高晶精细化工有限公司），经无水氯化钙除水；过氧化二苯甲酰（BPO，上海化学试剂公司），使用前先用氯仿溶解后再在甲醇中沉淀，真空干燥后备用；9-(N-甲氨基甲基)蒽（MAMA，百灵威公司），纯度为99%。

1.2大分子示踪剂的合成

PS-MAMA的合成机理如图1所示，包括两步：一是St与TMI发生共聚，将异氰酸官能团引入到它们共聚产物[P(St-co-TMI)]的分子链上；二是通过MAMA中的氨基和P(St-co-TMI)中的异氰酸官能团反应，将蒽基接到P(St-co-TMI)上，生成具有荧光示踪特性的PS-MAMA。

具体合成过程如下：40 ml甲苯、60 ml St和2.4 ml TMI依次加入到反应釜中，通氮气0.5 h后将溶液加热至80℃；再加入0.35 g BPO，在氮气保护下反应24 h；然后，经甲醇沉降过滤，在80℃下真空干燥24 h后得到产物P(St-co-TMI);最后，将所合成的P(St-co-TMI)溶解于四氢呋喃（THF）中，加入过量的MAMA，在40℃反应4 h后，在甲醇中沉降，过滤干燥后即得到PS-MAMA。

1.3聚合物熔融混合装置

聚合物和大分子示踪剂的混合在如图2所示的自制的混合装置中进行。该装置由混合腔体、加热控温装置、混合搅拌装置和控制系统4部分组成。其中，混合腔体的实物照片和尺寸如图3所示。混合区域由两个直径均为50.8 mm的圆柱相交构成，两圆柱间圆心距为38.2 mm，混合腔体深17.8 mm，能提供约为48 cm3的混合空间。搅拌转子是直径为25.4 mm、高为17.3 mm的两个圆柱体，放置在与构成混合区域两圆柱同圆心的位置。

图1　PS-MAMA的合成反应机理Fig.1　Reaction mechanism for preparation of PS-MAMA

图2　聚合物混合装置Fig.2　Schematic diagram of device for polymer blending

图3　混合腔体的实物照片和尺寸Fig.3　Photograph and dimension image of mixing chamber

1.4实验过程

首先，将混合腔体加热至200℃，然后将聚合物母体和微量组分PS-MAMA按98/2的质量比分别加入到混合腔中，其中PS-MAMA只放置混合腔体的中部，位于两转子之间直径为12.7 mm的圆形区域，并采用隔片使PS-MAMA与PS或PMMA隔离。待聚合物充分熔融后，取出隔片，使共混组分接触，并启动电机使转子按设定的混合模式转动，混合一定时间后，将混合腔体置于液氮中骤冷，并在如图3（a）所示的−3、−2、−1、0、1、2和3等7个特征位置取样，并且将每个位置所取的样品再在距离混合转子壁面1.3、3.9、6.5、9.1和11.7 mm处，各取出5个样品。然后，将这35个样品分别溶于THF 中，再采用尤尼克公司的紫外可见光分光光度计（UV380）检测它们在367 nm处的吸收强度（yi），基于不同MAMA浓度与它们在367 nm处吸收强度的线性拟合关系，由式（1）计算出MAMA的质量浓度（xi, mg·ml−1），最后根据式（2）计算出PS-MAMA在各个位置的浓度（ci, mg·ml−1）。其中，0.043是MAMA在PS中的质量含量。

1.5混合模式

为了获得不同流动特性的混合流场，转子按匀速混合模式或方波混合模式对聚合物共混体系进行混合。对于匀速混合模式，左右两侧转子同时以96 r·min−1异向转动；而对于方波混合模式，左右两侧转子的转速(ΩA和ΩB)在周期（T）变化如下

具体为：左边转子先以96 r·min−1的速度逆时针转动而右边转子静止不动，5 s后，左边转子停止转动而右边转子开始以96 r·min−1的速度顺时针转动5 s后，左边转子再开始转动，周而复始。

1.6混合效果评价方法

采用数学统计的方法对PS-MAMA在腔体中不同位置的浓度进行分析，获得分散系数，以评价混合效果。具体如下：首先，以在特定位置取出的35个样品作为分析样本，每个位置的PS-MAMA的浓度为子样，按式（4）计算它们的平均值

每个子样数值与平均值的差即为偏差，用di表示

这35个子样的标准偏差（σ）可由式（6）计算

微量组分的分散系数（s）可由式（7）计算

1.7测试分析

傅里叶红外 (FTIR) 光谱测试在Thermo Nicolet 5700 红外仪上进行。样品在180℃热压成薄膜直接进行测试，扫描速率32 s−1，分辨率4 cm−1。

凝胶渗透色谱 (GPC) 测试在waters 1525/2414型凝胶渗透色谱仪上进行。采用示差检测器，以THF为溶剂，PS为标样。

2　实验结果与讨论

2.1PS-MAMA的表征

GPC测得P(St-co-TMI)的数均和重均分子量分别为31.2 kg·mol−1和58.1 kg·mol−1。

P(St-co-TMI)与MAMA反应前后的红外光谱如图4所示。反应前，P(St-co-TMI)的红外光谱在1944 cm−1和2254 cm−1处分别出现了St和TMI中的异氰酸官能团的特征峰，表明St的确与TMI 发生共聚反应生成了共聚物P(St-co-TMI)。根据文献[23]报道的方法，可由2254 cm−1和1492 cm−1处的峰面积计算出P(St-co-TMI)中TMI的含量为4.6%（质量）。P(St-co-TMI)与MAMA反应后，2254 cm−1处的异氰酸官能团特征峰消失，而在1658 cm−1处出现了脲基特征峰，表明P(St-co-TMI)中的异氰酸官能团能与MAMA中的氨基完全反应，生成PS-MAMA。根据P(St-co-TMI)中TMI的含量可以计算出PS-MAMA中MAMA的含量为4.3%（质量）。

图4　P(St-co-TMI)和PS-MAMA的傅里叶红外光谱图Fig.4　FTIR spectra of P(St-co-TMI)和PS-MAMA

不同浓度的PS-MAMA/THF溶液的紫外吸收光谱如图5所示。从图中可知，在所测试的波段内，PS-MAMA/THF溶液最大紫外吸收峰位于367 nm，且与其浓度无关。并且，文献[17]也报道PS的引入基本上不影响MAMA的紫外吸收。根据MAMA的THF溶液浓度与它们在367 nm处的紫外吸收强度的线性拟合关系，可得到PS-MAMA中MAMA的含量为4.3%（质量），与红外方法得到的结果一致。

图5　不同浓度的PS-MAMA/THF溶液的紫外吸收光谱Fig.5　Ultraviolet absorption spectra of PS-MAMA in THF with differenct concentrations

2.2混合模式对微量组分浓度分布的影响

以PS为母体和2%（质量）的PS-MAMA为微量组分作为共混体系，在自制的混合装置中混合一定时间后，从不同位置取样，通过紫外定量分析PS-PMMA在PS 中浓度。对于匀速混合模式，不同混合时间下，距离转子壁面0.13、0.39、0.65、0.91 和1.17 cm的聚合物熔体流层中PS-MAMA在PS中的浓度分布如图6所示。从图6可以看出，随着混合时间的延长，不同位置的PS-MAMA的浓度逐渐趋于一致。并且，在混合时间为80 s的两次重复实验所得到的不同位置的PS-MAMA的浓度差别都在10%以内，而分散系数在5%以内，表明该实验方法有较好的重复性。

图6　匀速混合模式下不同混合时间PS-MAMA在PS中的浓度分布Fig. 6　Concentration distribution of PS-MAMA in PS after different times by steady-mixing mode

从图6（a）和（b）中还可以看出，混合初期，左右两个转子同时转动，中心加料区的PS-MAMA迅速被拉伸为层状，集中分布在靠近转子区域。离转子壁面距离越远的聚合物熔体流层中PS-MAMA的浓度越低，甚至在混合80 s后，靠近混合腔外壁处PS-MAMA的浓度仍几乎为0；直到混合160 s左右，最外侧PS-MAMA的浓度才比较接近均值，如图6（d）和（e）所示。这主要是因为转子为圆柱状，剪切能力较弱，导致越远离中心加料区的PS-MAMA的浓度越低，且增加缓慢。另外，整个混合过程，左右两侧分散相浓度基本呈对称分布，证实匀速混合模式的流场也是对称分布的。

同样混合条件下，方波混合模式所得到的不同混合时间下PS-MAMA在PS中的浓度分布如图7所示。从图7（a）可以看出，混合初期，转子先转动的一侧PS-MAMA的浓度明显高于转子后转一侧的。随着混合时间的延长，这一差异迅速减小。并且，混合腔体内分散相的浓度沿着从转子壁面到混合腔体内壁之间开始出现层状分布，而这一层状分布又迅速被打破，使得离转子壁面距离不同的聚合物熔体流层之间的PS-MAMA的浓度差异急剧减小，直至整个混合腔内的PS-MAMA浓度达到相同，实现均匀分散。

图7　方波模式下不同混合时间PS-MAMA在PS中的浓度分布Fig. 7　Concentration distribution of PS-MAMA in PS after different times by square wave-mixing mode

从图7（a）和（b）中还可注意到，混合初期，离转子距离不同的聚合物熔体流层之间，PS-MAMA的浓度也存在差异：转子先转的一侧且靠近转子壁面的内侧区域，PS-MAMA的浓度较高，外侧由于转子搅拌影响较小，PS-MAMA的浓度较低；而转子后转一侧的腔体中PS-MAMA的浓度分布刚好相反，说明方波混合模式的流场不是对称分布的，这种交替转动，可能会产生拉伸流与剪切流周期性变化，促进微量组分的分散。事实上，对比两种混合模式可明显看出，方波混合模式的不同位置的微量组分的浓度比匀速混合模式更快地趋于一致，说明方波混合模式的混合效果的确要优于匀速混合模式的。

2.3混合模式对微量组分分散系数的影响

为了更清楚地理解这两种混合模式，特引入分散系数对它们的混合过程进行分析。一般来说，分散系数越大，表明分散组分的浓度分布越宽，混合越不均匀；分散系数越小，表明分散组分的浓度分布越接近，混合越均匀。

根据分散过程中PS-MAMA的浓度分布，可计算得到匀速模式和方波模式下离转子壁面不同距离的PS熔体流层内分散系数随混合时间的演变趋势，分别如图8（a）、（b）所示。从图8（a）可以看出，匀速混合模式的混合初期（40 s），除了靠近混合腔内壁的区域以外，混合腔内离转子壁面距离相同所形成的聚合物熔体流层内的分散系数已达到0.2左右；在混合80 s后，靠近混合腔内壁的聚合物熔体流层也由0.70迅速降低至0.25。并且，混合腔体中间区域，即离转子壁面0.65 cm左右的熔体层内分散系数最低。而对于方波混合模式则完全不同，在混合初期（40 s），层内PS-MAMA的浓度分散系数较匀速模式明显偏大，其靠近转子区域层内混合分散系数高达0.87，这可能是由于方波模式下静止转子一侧靠近转子区域附近周期性出现的旋转流造成的。可见混合初期，相对于方波模式，匀速模式由于其两个转子同时转动可以使加在中间区域的微量组分更快速地拉伸以层状形式分布在混合腔中。

图8　匀速混合模式和方波混合模式离转子壁面不同距离的流层内PS-MAMA在PS中的分散系数随时间的变化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)

图9　匀速混合模式和方波混合模式离转子壁面不同距离的流层间PS-MAMA在PS中的分散系数随时间的变化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)

进一步考察了如图3所示的0、±1、±2和±3位置处方波和匀速混合模式下，不同聚合物熔体流体层与层之间的PS-MAMA的分散系数随时间变化趋势，如图9所示。从图9（a）中可以看出，对于匀速模式，在混合初期，虽然每一层聚合物熔体流层内PS-MAMA的浓度分散系数较小，但是每个取样位置处不同聚合物熔体流层间的分散系数均达到0.7左右，表明从转子壁面到混合腔内壁之间的每一层聚合物熔体层间的PS-MAMA的浓度存在较大的差异，表现出非常不均匀的混合状态。这说明在混合初期匀速混合模式主要是拉伸作用形成层状分布。随着混合的继续进行，层间的交换混合作用，使这一层间分散系数差异逐渐降低，但是速度很慢，直到混合240 s时，层间的浓度分布才接近比较均一的状态。对比相同条件下方波混合模式聚合物熔体流层间分散系数演变规律[图9（b）]可以看出，混合初期，先转一侧的混合腔中不同聚合物熔体流层间的分散系数明显低于另外一侧的，并随着混合进行，两侧区域的聚合物熔体流层间的分散系数均迅速降低。混合120 s时，其整体层间分散系数已达到0.11～0.18，而相同混合时间的匀速混合模式层间分散系数则为0.10～0.40。可见方波混合模式优于匀速混合模式。这也能够进一步从图10所示的PS-MAMA在PMMA中的分散系数随混合时间变化证实。

图10　匀速混合模式和方波混合模式离转子壁面不同距离的流层间PS-MAMA在PMMA中的分散系数随时间的变化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，对比两种混合模式下层内分散系数和层间分散系数的演变规律，可知匀速混合模式可以更快地将微量组分拉伸成层状分布在聚合物熔体中，但是这种混合模式的层间分散能力不足，随着混合进行，层间浓度差只能缓慢地减小。而对于方波模式，位于两转子中间区域的微量组分首先被先转的左边转子带入左侧混合区域，以层状分布在混合腔中间位置，当右边转子开始转动时，混合腔中间区域分散相浓度呈自左向右逐渐降低趋势，表现为右侧混合区域中间靠近壁面处浓度最高。随着混合的进行，方波模式因为其拉伸流与剪切流周期性交替作用，大大加快了聚合物熔体层间的分散速度，使微量组分能较快地分散于聚合物母体中。

3　结　论

（1）采用St和TMI共聚合成了大分子示踪剂前体P(St-co-TMI)，然后与MAMA反应生成大分子示踪剂PS-MAMA。

（2）通过紫外测试可得到混合腔内不同位置的PS-MAMA在聚合物中的浓度，进而获得聚合物熔体层内或层间的分散系数，能够分析微量组分在聚合物中的分散行为。

（3）对比匀速和方波混合模式，可知尽管匀速混合模式可以在混合初期较快地实现层状分布，但是方波模式可提供更快的层间混合速度，使得混合效果优于匀速混合模式。

符号说明

ci——各位置处PS-MAMA的浓度，mg·ml−1

di——各位置处PS-MAMA的浓度与平均浓度的差值

s——分散系数

x——MAMA浓度，mg·ml−1

xi——各位置处MAMA的浓度，mg·ml−1

y——UV吸收强度

yi——各位置处UV吸收强度

σ——标准偏差

ΩA——左侧转子转速，r·min−1

ΩB——右侧转子转速，r·min−1

References

[1] MANAS-ZLOCZOWER I. Mixing and Compounding of Polymers: Theory and Practice[M]. Hanser Verlag, 2009.

[2] BAKER W E, SCOTT C E, HU G. Reactive Polymer Blending[M]. Hanser Verlag, 2001.

[3] HUANG J J, KESHKKULA H, PAUL D R. Comparison of the toughening behavior of nylon 6 versus an amorphous polyamide using various maleated elastomers [J]. Polymer, 2006, 47(2): 639-651.

[4] LIU K, CHEN L, CHEN Y, et al. Preparation of polyester/reduced graphene oxide composites via in situ melt polycondensation and simultaneous thermo-reduction of graphene oxide [J]. J. Mater. Chem., 2011, 21(24): 8612-8617.

[5] YOUSEFI N, GUDARZI M M, ZHENG Q, et al. Highly aligned, ultralarge-size reduced graphene oxide/polyurethane nanocomposites: mechanical properties and moisture permeability [J]. Compos. Part A: Appl. S., 2013, 49: 42-50.

[6] COATES P D, BARNES S E, SIBLEY M G, et al. In-process vibrational spectroscopy and ultrasound measurements in polymer melt extrusion [J]. Polymer, 2003, 44(19): 5937-5949.

[7] ZUEV V V, BRONNIKOV S. Microstructural evolutions of polymer blends by statistical analysis: influence of compatibilizer on break-up and coalescence process [J]. Macromol. Symp., 2012, 321/322(1): 179-185.

[8] ZHANG C L, FENG L F, ZHAO J, et al. Efficiency of graft copolymer at stabilizing co-continuous polymer blends during quiescent annealing [J]. Polymer, 2008, 49(16): 3462-3469.

[9] ZHANG C L, FENG L F, GU X P. Efficiency of graft copolymers as compatibilizers for immiscible polymer blends [J]. Polymer, 2007, 48(20): 5940-5949.

[10] ZWEIFEL H. Stabilization of Polymeric Materials[M]. Berlin: Springer Science & Business Media, 2012.

[11] ZHANG C L, WANG T T, GU X P, et al. Crystallization behavior of functional polypropylene grafted graphene oxide nanocomposite [J]. RSC Adv., 2015, 80(5): 65058-65067.

[12] MA P, HRISTOVA-BOGAERDS D G, LEMSTRA P J, et al. Toughening of PHBV/PBS and PHB/PBS blends via in situ compatibilization using dicumyl peroxide as a free-radical grafting initiator [J]. Macromol. Mater. Eng., 2011, 297(5): 402-410.

[13] SENGUPTA R, BHATTACHARYA M, BANDYOPADHYAY S, et al. A review on the mechanical and electrical properties of graphite and modified graphite reinforced polymer composites [J]. Prog. Polym. Sci., 2011, 36(5): 638-670.

[14] LYER K A, TORKELSON J M. Dispersion and property enhancements in polyolefin/soy flour biocomposites prepared via melt extrusion followed by solid-state shear pulverization [J]. Macromol. Mater. Eng., 2015, 300(8): 772-784.

[15] TESTA C, SIGILLO I, GRIZZUTI N. Morphology evolution of immiscible polymer blends in complex flow fields [J]. Polymer, 2001, 42(13): 5651-5659.

[16] YU Q Y, ZHANG C L, GU X P. Compatibilizing efficiency of copolymer precursors for immiscible polymer blends [J]. J. Appl. Polym. Sci., 2012, 124(4): 3392-3398.

[17] HU G H, KADRI I. Preparation of macromolecular tracers and their use for studying the residence time distribution of polymeric systems [J]. Polym. Eng. Sci., 1999, 39(2): 299-311.

[18] ZHANG X M, XU Z B, FENG L F, et al. Assessing local residence time distributions in screw extruders through a new in-line measurement instrument[J]. Polym. Eng. Sci., 2006, 46(4): 510-519.

[19] MÉLO J A, CANEVAROLO S V. In-line optical detection in the transient state of extrusion polymer blending and reactive processing [J]. Polym. Eng. Sci., 2005, 45(1): 11-19.

[20] ZHANG C L, FENG L F, HOPPE S, et al. Residence time distribution: an old concept in chemical engineering and a new application in polymer processing [J]. AIChE J., 2009, 55(1): 279-283.

[21] ZHANG C L, FENG L F, HOPPE S, et al. Compatibilizer-tracer: a powerful concept for polymer blending processes [J]. AIChE J., 2012, 58(6): 1931-1938.

[22] ZHANG C L, FENG L F, GU X P, et al. Tracer-compatibilizer: synthesis and applications in polymer blending processes [J]. Polym. Eng. Sci., 2012, 52(2): 300-308.

[23] 李广赞, 冯连芳, 顾雪萍, 等. PSt-TMI合成及其共聚动力学研究[J]. 功能高分子学报, 2005, 18(1): 127-133 LI G Z, FENG L F, GU X P, et al. Synthesis of PSt-TMI copolymer and studies of the copolymerization kinetics [J]. J. Funct. Polym., 2005, 18(1): 127-133.

DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20151243

中图分类号：TQ 317.2

文献标志码：A

文章编号：0438—1157（2016）02—0485—09

基金项目：浙江省自然科学基金项目（LY15E030001）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（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