Luận án tiến sĩ kinetics and mechanism of vinyl chloride polymerization effects of additives on polymerization rate molecular weight and defect concentration in the polymer

Luận án tiến sĩ về động học và cơ chế polymer hóa vinyl clorua, nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia đến tốc độ, khối lượng phân tử và nồng độ lỗi polymer.

Trường đại học

Case Western Reserve University

Chuyên ngành

Macromolecular Science and Engineering

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Dissertation

2007

382
1
0

Phí lưu trữ

75 Point

Mục lục chi tiết

DEDICATION

TABLE OF CONTENTS

1. CHAPTER 1: INTRODUCTION

1.1. A brief History of PVC

1.2. Methods of Vinyl Chloride Polymerization

1.2.1. Polymerization in Bulk

1.2.2. Polymerization in Suspension

1.2.3. Polymerization in Emulsion

1.2.4. Polymerization in Solution

1.3. Structure and Properties of PVC

1.4. Structural Defects in PVC

1.4.1. Short-chain Branching

1.4.2. Long-chain Branching

1.4.3. Head-to-head Structures

1.4.4. Stereoregularity of PVC

1.5. Dissertation Goals and Summary

2. CHAPTER 2: FREE RADICAL POLYMERIZATION OF VINYL CHLORIDE IN THE PRESENCE OF ORGANIC ADDITIVES

2.1. Bulk Polymerization of Vinyl Chloride

2.2. Suspension Polymerization of Vinyl Chloride

2.3. GPC Characterization of PVC Samples

2.4. Dynamic Thermal Stability Test of PVC Samples

2.5. Static Thermal Stability Test of PVC Samples

2.6. Results and Discussion

2.6.1. Molecular Weight and Molecular Weight Distribution of PVCs

2.6.2. Polymer aggregation in solution

2.6.3. GPC data for bulk polymerized PVCs

2.6.4. PVC/DMT01b and PVC86k aggregation in solution

2.6.5. GPC data for suspension polymerized PVCs

2.6.6. PVC dynamic thermal stability

2.7. Two-phase Literature Model for Bulk Polymerization of Vinyl Chloride

2.8. Bulk Polymerization of Vinyl Chloride at 55 oC initiated by AIBN

2.9. New Kinetic Model for Vinyl Chloride Bulk Polymerization initiated by AIBN

2.10. Kinetic Parameters for Bulk Polymerization of Vinyl Chloride at 55 oC

2.11. Kinetics and Mechanism of Vinyl Chloride Polymerization in the presence of Additives

2.12. Bulk Polymerization of Vinyl Chloride at 55 oC in the presence of Pyridine, its Derivatives, Pyrazine, Benzothiazol, or Imidazolidinone

2.13. Bulk Polymerization of Vinyl Chloride at 55 oC in the presence of Phosphine Oxides

2.14. Bulk Polymerization of Vinyl Chloride at 55 oC in the presence of Dimethoxybenzene, Carbonates, Carboxylates or Lactones

2.14.1. Polymerization in the presence of 1,4-Dimethoxybenzene

2.14.2. Polymerization in the presence of Ethylene Carbonate

2.14.3. Polymerization in the presence of 2-Coumaranone

2.14.4. Polymerization in the presence of γ-Butyrolactone

2.14.5. Polymerization in the presence of Dimethyl Terephthalate

2.14.6. Polymerization in the presence of Trimethyl 1,3,5-Benzenetricarboxylate

3. CHAPTER 3: DIFFERENTIAL SCANNING CALORIMETRY AND THERMOGRAVIMETRIC ANALYSIS OF POLY(VINYL CHLORIDE)S

3.1. DSC Measurement of PVC Samples

3.2. TGA Measurement of PVC Samples

3.3. Results and Discussion

3.3.1. Crystallinity of PVCs prepared in the presence of Additives

3.3.1.1. Crystallinity of PVCs prepared in the presence of 2-Coumaranone
3.3.1.2. Crystallinity of PVCs prepared in the presence of 2,6-Dichloropyridine
3.3.1.3. Crystallinity of PVCs prepared in the presence of 1,4-Dimethoxybenzene
3.3.1.4. Crystallinity of PVCs prepared in the presence of Dimethyl Terephthalate
3.3.1.5. Crystallinity of PVCs prepared in the presence of γ-Butyrolactone
3.3.1.6. Crystallinity of PVCs prepared in the presence of Trimethyl-1,3,5-Benzenetricarboxylate

3.3.2. Effect of Annealing Time and Temperature on the Crystallinity of PVCs

3.3.2.1. Effect of Annealing on the Crystallinity of PVC/AIBN416
3.3.2.2. Effect of Annealing on the Crystallinity of PVC/DMB0001a & DMB001b
3.3.2.3. Effect of Annealing on the Crystallinity of PVC/DMT01d
3.3.2.4. Effect of Annealing on the Crystallinity of PVC/EC01c
3.3.2.5. Effect of Annealing on the Crystallinity of PVC/SBP124
3.3.2.6. Effect of Annealing on the Crystallinity of PVC/SDMT01a

3.3.3. Kinetics of PVC Crystallization

3.3.4. Thermal Degradation Behavior of PVC Samples

3.3.4.1. Evaluation of Degradation Activation Energy of PVC samples by single-heating-rate TGA Curve
3.3.4.2. Evaluation of Degradation Activation Energy of PVC samples by FR, WFO and KAS methods
3.3.4.3. Evaluation of Degradation Kinetic Parameters (Ea, A, n) of PVC samples by Coats-Redfern method

4. CHAPTER 4: CORRELATION BETWEEN STRUCTURAL DEFECTS AND THE DEHYDROCHLORINATION OF POLY(VINYL CHLORIDE)S

4.1. Dehydrochlorination Measurements of PVC samples

4.2. 1D & 2D NMR Measurements of PVC Samples

4.3. Results and Discussion

4.3.1. Two-parameter Kinetic Model for PVC Dehydrochlorination

4.3.2. Dehydrochlorination of PVCs prepared in Bulk without Additives

4.3.3. Dehydrochlorination of PVCs prepared in Bulk in the presence of Additives

4.3.3.1. Dehydrochlorination of PVCs prepared in the presence of 2-Coumaranone
4.3.3.2. Dehydrochlorination of PVCs prepared in the presence of 2,6-Dichloropyridine
4.3.3.3. Dehydrochlorination of PVCs prepared in the presence of 1,4-Dimethoxybenzene
4.3.3.4. Dehydrochlorination of PVCs prepared in the presence of Dimethyl Terephthalate
4.3.3.5. Dehydrochlorination of PVCs prepared in the presence of γ-Butyrolactone
4.3.3.6. Dehydrochlorination of PVCs prepared in the presence of Trimethyl-1,3,5-Benzenetricarboxylate

4.3.4. Dehydrochlorination of PVCs prepared in Suspension

4.3.5. Activation energies for PVC Dehydrochlorination at early stage

4.3.6. Identification of PVC Structural Defects using 1D & 2D NMR

4.3.7. Determination of PVC Structural Defects using 1D 1H NMR

4.3.8. Correlation between the Dehydrochlorination Rate and the Structural Defects of PVCs

LIST OF TABLES

LIST OF FIGURES

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Polymer Hóa Vinyl Clorua Nghiên Cứu PVC

Vinyl clorua (VC) là monomer quan trọng trong sản xuất Polyvinyl clorua (PVC), một loại nhựa nhiệt dẻo được sử dụng rộng rãi. Nghiên cứu về quá trình polymer hóa vinyl clorua đóng vai trò then chốt trong việc cải thiện chất lượng và ứng dụng của PVC. Quá trình này chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm chất khơi mào polymer hóa PVC, nhiệt độ, áp suất và sự có mặt của phụ gia polymer hóa PVC. Hiểu rõ động học polymer hóa vinyl cloruacơ chế polymer hóa vinyl clorua là điều cần thiết để kiểm soát quá trình và tạo ra PVC với các tính chất mong muốn. Các nghiên cứu trước đây đã tập trung vào các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng, khối lượng phân tử và lỗi polymer trong PVC. Tài liệu này tập trung vào ảnh hưởng của các loại phụ gia khác nhau đến quá trình này.

1.1. Lịch Sử Phát Triển và Ứng Dụng Đa Dạng Của PVC

PVC có một lịch sử phát triển lâu dài, từ khi được phát hiện lần đầu tiên đến khi trở thành một trong những loại nhựa được sản xuất và sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới. Sự phát triển của PVC gắn liền với những tiến bộ trong công nghệ polymer hóa vinyl clorua, cho phép sản xuất ra các loại PVC với nhiều tính chất khác nhau. Ứng dụng của PVC rất đa dạng, từ vật liệu xây dựng (ống dẫn nước, cửa, vách ngăn) đến sản phẩm tiêu dùng (đồ chơi, áo mưa, màng bọc thực phẩm). Theo số liệu năm 2003, các ứng dụng PVC rất phong phú, trải rộng trên nhiều lĩnh vực. Cần tìm hiểu sâu hơn về các ứng dụng này để có cái nhìn toàn diện về tầm quan trọng của PVC.

1.2. Các Phương Pháp Polymer Hóa Vinyl Clorua Phổ Biến

Có nhiều phương pháp polymer hóa vinyl clorua khác nhau, bao gồm polymer hóa huyền phù, polymer hóa nhũ tương, polymer hóa khốipolymer hóa dung dịch. Mỗi phương pháp có những ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng khác nhau của PVC. Polymer hóa huyền phù tạo ra PVC có kích thước hạt lớn, dễ xử lý và thường được sử dụng trong sản xuất ống dẫn nước. Polymer hóa nhũ tương tạo ra PVC có kích thước hạt nhỏ, mịn, thích hợp cho sản xuất da nhân tạo và màng mỏng. Việc lựa chọn phương pháp polymer hóa vinyl clorua phù hợp là yếu tố quan trọng để đạt được các tính chất mong muốn của PVC.

II. Thách Thức Lỗi Polymer và Độ Bền Nhiệt Kém Của PVC

Một trong những thách thức lớn nhất trong sản xuất PVC là sự hình thành lỗi polymer trong PVC, ảnh hưởng tiêu cực đến tính chất cơ học và độ bền nhiệt của vật liệu. Lỗi polymer có thể bao gồm các cấu trúc đầu-đối-đầu, nhánh mạch ngắn và nhánh mạch dài. Các lỗi polymer này làm giảm tính đều đặn của chuỗi polymer, làm giảm nhiệt độ nóng chảy và tăng tính giòn của PVC. Ngoài ra, PVC cũng dễ bị phân hủy nhiệt, giải phóng HCl và gây ra sự đổi màu. Các nghiên cứu tập trung vào việc giảm thiểu lỗi polymer và cải thiện độ bền nhiệt PVC là rất quan trọng để mở rộng ứng dụng của PVC.

2.1. Phân Tích Các Dạng Lỗi Cấu Trúc Thường Gặp Trong PVC

PVC chứa nhiều loại lỗi cấu trúc khác nhau, bao gồm các đoạn mạch nhánh ngắn, mạch nhánh dài và cấu trúc đầu-đối-đầu. Các loại lỗi cấu trúc này ảnh hưởng đến tính chất PVC, đặc biệt là độ bền nhiệt và khả năng gia công. Nghiên cứu sử dụng NMR để xác định số lượng và loại lỗi cấu trúc trong PVC. Các lỗi cấu trúc này có thể là điểm yếu trong chuỗi polymer, dễ bị tấn công bởi nhiệt và ánh sáng, dẫn đến sự phân hủy và đổi màu. Do đó, việc giảm thiểu lỗi cấu trúc là rất quan trọng để cải thiện độ bền nhiệt PVC.

2.2. Ảnh Hưởng Của Phụ Gia Đến Độ Bền Nhiệt và Khả Năng Gia Công

Việc sử dụng phụ gia là một trong những phương pháp quan trọng để cải thiện độ bền nhiệt PVC và khả năng gia công. Các loại phụ gia ổn định nhiệt PVC giúp ngăn chặn sự phân hủy nhiệt của PVC bằng cách trung hòa HCl hoặc ngăn chặn quá trình tự xúc tác. Phụ gia bôi trơn PVC giúp giảm ma sát trong quá trình gia công, cải thiện khả năng chảy và giảm nguy cơ cháy. Lựa chọn phụ gia phù hợp và sử dụng chúng với nồng độ tối ưu là yếu tố then chốt để đạt được tính chất PVC mong muốn.

III. Cách Phụ Gia Ảnh Hưởng Tới Động Học Polymer Hóa Vinyl Clorua

Sự có mặt của phụ gia polymer hóa PVC có thể ảnh hưởng đáng kể đến động học polymer hóa vinyl clorua, bao gồm tốc độ polymer hóa vinyl cloruakhối lượng phân tử PVC. Một số phụ gia có thể làm tăng tốc độ polymer hóa, trong khi những phụ gia khác có thể làm giảm nó. Tương tự, phụ gia có thể ảnh hưởng đến khối lượng phân tử PVC bằng cách thay đổi cơ chế chuyển mạch hoặc cơ chế kết thúc chuỗi. Nghiên cứu này sẽ đánh giá một số phụ gia polymer hóa PVC cụ thể và phân tích tác động của chúng đối với động họccơ chế polymer hóa vinyl clorua.

3.1. Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Pyridine và Dẫn Xuất Đến Quá Trình

Pyridine và các dẫn xuất của nó có thể ảnh hưởng đến quá trình polymer hóa vinyl clorua. Nghiên cứu này xem xét ảnh hưởng của pyridine, pyrazine, benzothiazol và imidazolidinone. Kết quả cho thấy sự có mặt của các hợp chất này ảnh hưởng đến khối lượng phân tử PVC. Cần phân tích kỹ lưỡng hơn để hiểu rõ cơ chế tác động của các chất này lên động học polymer hóa vinyl clorua.

3.2. Tác Động Của Phosphine Oxides Lên Tốc Độ và Khối Lượng Phân Tử

Phosphine oxides cũng được nghiên cứu về ảnh hưởng của chúng lên quá trình polymer hóa. Kết quả cho thấy phosphine oxides có ảnh hưởng đến khối lượng phân tử PVC. Cần so sánh các kết quả này với các nghiên cứu khác và đề xuất các cơ chế giải thích cho các quan sát được. Thí nghiệm với các nồng độ khác nhau của phosphine oxides cũng cần thiết để xác định ảnh hưởng chính xác lên tốc độ polymer hóa vinyl clorua.

IV. Phương Pháp DSC và TGA Phân Tích Cấu Trúc và Độ Bền Nhiệt PVC

Kỹ thuật quét nhiệt vi sai (DSC) và phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) là hai phương pháp quan trọng để nghiên cứu tính chất PVC, bao gồm độ kết tinh, độ bền nhiệt PVC và cơ chế phân hủy nhiệt. DSC đo lượng nhiệt cần thiết để duy trì sự khác biệt nhiệt độ bằng không giữa mẫu và chất tham chiếu khi cả hai đều trải qua một chương trình nhiệt độ được kiểm soát. TGA đo sự thay đổi khối lượng của mẫu theo nhiệt độ, cung cấp thông tin về sự ổn định nhiệt và thành phần của vật liệu. Kết hợp DSC và TGA có thể cung cấp một cái nhìn toàn diện về cấu trúc PVCđộ bền nhiệt.

4.1. Độ Kết Tinh Của PVC Được Điều Chế Với Các Phụ Gia

Độ kết tinh của PVC bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của phụ gia. Nghiên cứu sử dụng DSC để xác định độ kết tinh của các mẫu PVC khác nhau được điều chế với các phụ gia polymer hóa PVC khác nhau, bao gồm 2-Coumaranone, 2,6-Dichloropyridine, 1,4-Dimethoxybenzene, Dimethyl Terephthalate, γ-Butyrolactone và Trimethyl-1,3,5-Benzenetricarboxylate. Kết quả cho thấy các loại phụ gia polymer hóa PVC này có thể ảnh hưởng đến khả năng kết tinh của PVC. Việc hiểu rõ ảnh hưởng của từng loại phụ gia là rất quan trọng để kiểm soát tính chất PVC.

4.2. Ảnh Hưởng Của Thời Gian Ủ Lên Độ Kết Tinh Của PVC

Thời gian ủ cũng có ảnh hưởng đáng kể đến độ kết tinh của PVC. Nghiên cứu này xem xét ảnh hưởng của thời gian ủ và nhiệt độ ủ lên độ kết tinh của các mẫu PVC khác nhau. Kết quả cho thấy việc ủ PVC ở nhiệt độ thích hợp trong một khoảng thời gian nhất định có thể làm tăng độ kết tinh. Việc kiểm soát thời gian và nhiệt độ ủ là quan trọng để tối ưu hóa cấu trúc PVC.

V. Mô Hình Động Học Hai Tham Số cho Dehydrochlorination Của PVC

Dehydrochlorination là quá trình phân hủy PVC, giải phóng HCl và dẫn đến sự đổi màu và giảm độ bền nhiệt PVC. Quá trình này có thể được mô tả bằng một mô hình động học hai tham số, bao gồm hằng số tốc độ cho quá trình dehydrochlorination ngẫu nhiên (Ka) và hằng số tốc độ cho quá trình dehydrochlorination liên tiếp (Kb). Các tham số này có thể được sử dụng để đánh giá độ bền nhiệt PVC và dự đoán tuổi thọ của vật liệu. Nghiên cứu sẽ sử dụng mô hình động học này để phân tích quá trình dehydrochlorination của các mẫu PVC khác nhau.

5.1. Dehydrochlorination Của PVC Điều Chế Trong Khối Không Phụ Gia

Nghiên cứu đánh giá quá trình dehydrochlorination của các mẫu PVC được điều chế trong khối mà không có phụ gia. Kết quả này cung cấp cơ sở để so sánh với quá trình dehydrochlorination của PVC được điều chế với phụ gia polymer hóa PVC. So sánh Ka và Kb giúp đánh giá ảnh hưởng của phụ gia lên độ bền nhiệt PVC. Cần phân tích kỹ lưỡng mối quan hệ giữa các lỗi polymerquá trình dehydrochlorination.

5.2. Ảnh Hưởng Của Phụ Gia Lên Quá Trình Dehydrochlorination PVC

Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các loại phụ gia polymer hóa PVC khác nhau lên quá trình dehydrochlorination PVC. Các phụ gia polymer hóa PVC được sử dụng bao gồm 2-Coumaranone, 2,6-Dichloropyridine, 1,4-Dimethoxybenzene, Dimethyl Terephthalate, γ-Butyrolactone và Trimehtyl-1,3,5-Benzenetricarboxylate. Kết quả cho thấy một số phụ gia polymer hóa PVC có thể làm giảm tốc độ dehydrochlorination PVC, trong khi những phụ gia polymer hóa PVC khác có thể làm tăng nó. Sự khác biệt này có thể liên quan đến ảnh hưởng của phụ gia lên lỗi polymer trong PVC.

VI. NMR Phân Tích Cấu Trúc PVC Liên Hệ Với Quá Trình Dehydrochlorination

Kỹ thuật cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) là một công cụ mạnh mẽ để xác định cấu trúc PVC, bao gồm các đoạn mạch nhánh, cấu trúc đầu-đối-đầu và lỗi polymer trong PVC. NMR có thể cung cấp thông tin chi tiết về loại và số lượng lỗi cấu trúc trong PVC, giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hình thành và ảnh hưởng của chúng đến tính chất PVC. Nghiên cứu này sử dụng NMR để xác định cấu trúc PVC và liên hệ nó với quá trình dehydrochlorination PVC.

6.1. Xác Định Lỗi Cấu Trúc PVC Bằng Phương Pháp 1D NMR

Phương pháp 1D NMR được sử dụng để xác định số lượng các nhóm cuối 4-chloro-2-butenyl, nhóm cuối 1,2-dichloroethyl và nhánh chloromethyl trên mỗi 1000 đơn vị monomer trong PVC. Thông tin này rất quan trọng để hiểu rõ hơn về cấu trúc PVClỗi polymer trong PVC. Kết quả này cần được so sánh với các kết quả khác từ tài liệu gốc để đảm bảo tính chính xác và nhất quán.

6.2. Quan Hệ Giữa Tốc Độ Dehydrochlorination và Lỗi Cấu Trúc PVC

Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định mối quan hệ giữa tốc độ dehydrochlorinationlỗi cấu trúc PVC. Kết quả cho thấy các lỗi cấu trúc có thể ảnh hưởng đến độ bền nhiệt PVCtốc độ dehydrochlorination. Phân tích sâu hơn về mối quan hệ này có thể giúp phát triển các phương pháp để cải thiện độ bền nhiệt PVC.

14/05/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

KINETICS AND MECHANISM OF VINYL CHLORIDE POLYMERIZATION: EFFECTS OF ADDITIVES ON POLYMERIZATION RATE, MOLECULAR WEIGHT AND DEFECT CONCENTRATION IN THE POLYMER by KUN SI Submitted in partial fulfillment of the requirements For the degree of Doctor of Philosophy Dissertation Advisors: Dr. Morton Litt and Dr. Jerome Lando Department of Macromolecular Science and Engineering CASE WESTERN RESERVE UNIVERSITY May, 2007 UMI Number: 3244786 UMI Microform 3244786 Copyright 2007 by ProQuest Information and Learning Company. All rights reserved.

This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code. ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P. Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 CASE WESTERN RESERVE UNIVERSITY SCHOOL OF GRADUATE STUDIES We hereby approve the dissertation of Kun Si ______________________________________________________ candidate for the Ph. Morton Litt (signed)_______________________________________________ (chair of the committee) Jerome B.

Mann ________________________________________________ Regan Silvestri ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ December 05, 2006 (date) _______________________ *We also certify that written approval has been obtained for any proprietary material contained therein. DEDICATION To my parents, Jinxing Si and Yuzhen Liu, who never went to college and sacrificed many things to give their all four children an opportunity of higher educations. With their unconditional love, support, understanding and patience, I can make this dissertation possible and finish the final step of my education. 謹獻給我的父母,司金星和劉玉真,他們沒有機會接受高等教育 卻送四個子女進了大學。 因他們的大愛,理解,支持與耐心,我得以 完成此論文並結束學業。 TABLE OF CONTENTS List of Tables…………………………………………………………………….

x List of Figures…………………………………………………………………… xviii List of Schemes…………………………………………………………………. xxx Acknowledgements……………………………………………………………… xxxi List of Abbreviations & Acronyms…………………………………………… xxxii Abstract………………………………………………………………………. xxxv Chapter 1 Introduction…………………………………………………….2 A brief History of PVC……………………………………………….3 Methods of Vinyl Chloride Polymerization…………………………… 8 1.1 Polymerization in Bulk…………………………………………….2 Polymerization in Suspension…………………………………….3 Polymerization in Emulsion……………………………………….4 Polymerization in Solution………………………………….4 Structure and Properties of PVC………………………………….5 Structural Defects in PVC…………………………………………….1 Short-chain Branching…………………………………………….2 Long-chain Branching…………………………………………….4 Head-to-head Structures………………………………………….6 Stereoregularity of PVC……………………………………………….7 Dissertation Goals and Summary……………………………………… 23 1. 27 Chapter 2 Free Radical Polymerization of Vinyl Chloride in the presence of Organic Additives……………………………………………………….3 Bulk Polymerization of Vinyl Chloride………………………….4 Suspension Polymerization of Vinyl Chloride…………………….5 GPC Characterization of PVC Samples………………………….6 Dynamic Thermal Stability Test of PVC Samples……………….7 Static Thermal Stability Test of PVC Samples…………………… 40 2.3 Results and Discussion………………………………………………… 40 2.1 Molecular Weight and Molecular Weight Distribution of PVCs….1 Polymer aggregation in solution…………………………….2 GPC data for bulk polymerized PVCs……………………….3 PVC/DMT01b and PVC86k aggregation in solution……….4 GPC data for suspension polymerized PVCs……………….5 PVC dynamic thermal stability……………………………… 53 2.2 Two-phase Literature Model for Bulk Polymerization of Vinyl Chloride………………………………………………………….3 Bulk Polymerization of Vinyl Chloride at 55 oC initiated by AIBN…………………………………………………………….4 New Kinetic Model for Vinyl Chloride Bulk Polymerization initiated by AIBN………………………………………………… 65 2.5 Kinetic Parameters for Bulk Polymerization of Vinyl Chloride at 55 oC…………………………………………………………….6 Kinetics and Mechanism of Vinyl Chloride Polymerization in the presence of Additives…………………………………………….7 Bulk Polymerization of Vinyl Chloride at 55 oC in the presence of Pyridine, its Derivatives, Pyrazine, Benzothiazol, or Imidazolidinone………………………………………………….8 Bulk Polymerization of Vinyl Chloride at 55 oC in the presence of Phosphine Oxides………………………………………………… 92 2.9 Bulk Polymerization of Vinyl Chloride at 55 oC in the presence of Dimethoxybenzene, Carbonates, Carboxylates or Lactones…….1 Polymerization in the presence of 1,4-Dimethoxybenzene….2 Polymerization in the presence of Ethylene Carbonate…….3 Polymerization in the presence of 2-Coumaranone………….4 Polymerization in the presence of γ-Butyrolactone………….5 Polymerization in the presence of Dimethyl Terephthalate….6 Polymerization in the presence of Trimethyl 1,3,5- Benzenetricarboxylate……………………………………… 115 2.

121 Chapter 3 Differential Scanning Calorimetry and Thermogravimetric Analysis of Poly(vinyl chloride)s………………………………………….2 DSC Measurement of PVC Samples……………………………… 129 3.3 TGA Measurement of PVC Samples…………………………….3 Results and Discussion………………………………………………… 130 3.1 Crystallinity of PVCs prepared in the presence of Additives …….1 Crystallinity of PVCs prepared in the presence of 2- Coumaranone……………………………………………….2 Crystallinity of PVCs prepared in the presence of 2,6- Dichloropyridine…………………………………………….3 Crystallinity of PVCs prepared in the presence of 1,4- Dimethoxybenzene………………………………………….4 Crystallinity of PVCs prepared in the presence of Dimethyl Terephthalate……………………………………………….5 Crystallinity of PVCs prepared in the presence of γ- Butyrolactone……………………………………………….6 Crystallinity of PVCs prepared in the presence of Trimethyl- 1,3,5-Benzenetricarboxylate……………………………….2 Effect of Annealing Time and Temperature on the Crystallinity of PVCs…………………………………………………………….1 Effect of Annealing on the Crystallinity of PVC/AIBN416… 158 3.2 Effect of Annealing on the Crystallinity of PVC/DMB0001a & DMB001b……………………………………………….3 Effect of Annealing on the Crystallinity of PVC/DMT01d….4 Effect of Annealing on the Crystallinity of PVC/EC01c…….5 Effect of Annealing on the Crystallinity of PVC/SBP124….6 Effect of annealing on the crystallinity of PVC/SDMT01a….3 Kinetics of PVC Crystallization…………………………….4 Thermal Degradation Behavior of PVC Samples………………… 208 3.1 Evaluation of Degradation Activation Energy of PVC samples by single-heating-rate TGA Curve………………… 215 3.2 Evaluation of Degradation Activation Energy of PVC samples by FR, WFO and KAS methods…………….3 Evaluation of Degradation Kinetic Parameters (Ea, A, n) of PVC samples by Coats-Redfern method………. 238 Chapter 4 Correlation between Structural Defects and the Dehydrochlorination of Poly(vinyl chloride)s…………………………… 243 4.2 Dehydrochlorination Measurements of PVC samples…………….3 1D & 2D NMR Measurements of PVC Samples………………….3 Results and Discussion………………………………………………… 249 4.1 Two-parameter Kinetic Model for PVC Dehydrochlorination…… 249 4.2 Dehydrochlorination of PVCs prepared in Bulk without Additives 257 4.3 Dehydrochlorination of PVCs prepared in Bulk in the presence of Additives………………………………………………………….1 Dehydrochlorination of PVCs prepared in the presence of 2- Coumaranone……………………………………………….2 Dehydrochlorination of PVCs prepared in the presence of 2,6-Dichloropyridine……………………………………….3 Dehydrochlorination of PVCs prepared in the presence of 1,4-Dimethoxybenzene…………………………………….4 Dehydrochlorination of PVCs prepared in the presence of Dimethyl Terephthalate…………………………………….5 Dehydrochlorination of PVCs prepared in the presence of γ- Butyrolactone……………………………………………….6 Dehydrochlorination of PVCs prepared in the presence of Trimehtyl-1,3,5-Benzenetricarboxylate…………………….4 Dehydrochlorination of PVCs prepared in Suspension…………… 272 4.5 Activation energies for PVC Dehydrochlorination at early stage… 275 ix 4.6 Identification of PVC Structural Defects using 1D &2D NMR….7 Determination of PVC Structural Defects using 1D 1H NMR…….8 Correlation between the Dehydrochlorination Rate and the Structural Defects of PVCs………………………………………. 332 LIST OF TABLES Chapter 2 Table 2.1 A selected recipe for suspension polymerization of vinyl chloride at 53 oC…………………………………………………………….2 Molecular weights and molecular weight distributions for PVCs prepared by bulk polymerization at 55 oC in the presence of organic additives………………………………………………….3 Suspension polymerization of vinyl chloride at 53 oC initiated by diisobutyl peroxydicarbonate in the presence of γ-butyrolactone, dimethyl phthalate or dimethyl terephthalate …………………….4 Bulk polymerization of vinyl chloride initiated by AIBN at 55oC.5 Molecular weights and molecular weight distributions for PVCs prepared by bulk polymerization at 55 oC initiated by AIBN…….6 Chain transfer constant to monomer for vinyl chloride polymerization…………………………………………………….7 Summary of kinetic parameters for bulk polymerization of vinyl chloride initiated by 2,2’-azobisisobutyronitrile at 55 oC………… 78 Table 2.8 Bulk polymerization of vinyl chloride at 55oC initiated by AIBN in the presence of pyridine, its derivatives, pyrazine, benzothiazol, and imidazolidinone……………………………………………….9 Molecular weights and molecular weight distributions for PVCs prepared at 55oC in the presence of pyridine, its derivatives, pyrazine, benzothiazol, and imidazolidinone……………………… 91 Table 2.10 Bulk polymerization of vinyl chloride at 55oC initiated by AIBN in the presence of phosphine oxides……………………………….11 Molecular weight and molecular weight distributions for PVCs prepared at 55oC in the presence of phosphine oxides…………….12 Bulk polymerization of vinyl chloride at 55oC initiated by AIBN in the presence of 1,4-dimethoxybenzene (DMB)………………… 99 Table 2.13 Molecular weights and molecular weight distributions for PVCs prepared at 55 oC initiated by AIBN in the presence of DMB…….14 Bulk polymerization of vinyl chloride at 55oC initiated by AIBN in the presence of ethylene carbonate…………………………….15 Molecular weights and molecular weight distributions for PVCs xi prepared at 55oC in the presence of ethylene carbonate…….16 Bulk polymerization of vinyl chloride at 55oC initiated by AIBN in the presence of 2-coumaranone (CMN)………………………… 105 Table 2.17 Molecular weights and molecular weight distributions for PVCs prepared at 55 oC initiated by AIBN in the presence of CMN…….18 Bulk polymerization of vinyl chloride at 55oC initiated by AIBN in the presence of γ-butyrolactone (GBL)………………………… 109 Table 2.19 Molecular weights and molecular weight distributions for PVCs prepared at 55oC initiated by AIBN in the presence of GBL……… 110 Table 2.20 Bulk polymerization of vinyl chloride at 55oC initiated by AIBN in the presence of dimethyl terephthalate (DMT)………………….21 Molecular weights and molecular weight distributions for PVCs prepared at 55 oC initiated by AIBN in the presence of DMT…….22 Bulk polymerization of vinyl chloride at 55 oC initiated by AIBN in the presence of trimethyl 1,3,5-benzenetricarboxylate (TMB)….23 Molecular weights and molecular weight distributions for PVCs prepared at 55 oC initiated by AIBN in the presence of TMB…….24 Values of K, ktr2/ktr1 and CA for vinyl chloride polymerization at 55 o C in the presence of 2-Coumaranone, dimethyl terephthalate, γ- butyro-lactone or trimethyl 1,3,5-benzenetricarboxylate………….1 DSC difference curve data for PVCs prepared in bulk at 55 oC in xii the absence of additives…………………………………………….2 DSC difference curve data for PVCs prepared at 55 oC in the presence of 2-coumaranone (CMN)……………………………….3 DSC data for PVCs prepared at 55 oC in the presence of 2,6- dichloropyridine (DCPY)………………………………………….4 DSC difference curve data for PVCs prepared at 55 oC in the presence of 1,4-dimethoxybenzene (DMB)……………………….5 DSC difference curve data for PVCs prepared at 55 oC in the presence of dimethyl terephthalate (DMT)……………………….6 DSC difference curve data of PVCs prepared at 55 oC in the presence of γ-butyrolactone (GBL)……………………………….7 DSC difference curve data for PVCs prepared at 55 oC in the presence of trimethyl-1,3,5-benzenetricarboxylate (TMB)……….8 Weight-average molecular weights and the tacticity of selected PVCs used for the crystallization kinetics studies………………… 158 Table 3.9 DSC difference curve data for PVC/AIBN416 annealed for 120 minutes at different temperatures………………………………….10 DSC difference curve data for PVC/AIBN416 annealed at 100 oC for different periods of time……………………………………….11 DSC difference curve data for PVC/AIBN416 annealed at 125 oC for different periods of time……………………………………….12 DSC difference curve data for PVC/DMB0001a annealed for 60 minutes at different temperatures………………………………….13 DSC difference curve data for PVC/DMB0001b annealed for 60 minutes at different temperatures………………………………….14 DSC difference curve data for PVC/DMB0001a annealed at 100 o C for different periods of time…………………………………….15 DSC difference curve data for PVC/DMB0001a annealed at 125 o C for different periods of time…………………………………….16 DSC difference curve data for PVC/DMB0001b annealed at 100 o C for different periods of time…………………………………….17 DSC difference curve data for PVC/DMB0001b annealed at 125 o C for different periods of time…………………………………….18 DSC difference curve data for PVC/DMT01d annealed for 60 minutes at different temperatures………………………………….19 DSC difference curve data for PVC/DMT01d annealed at 125 oC for different periods of time……………………………………….20 DSC difference curve data for PVC/EC01c annealed for 60 minutes at different temperatures………………………………….21 DSC difference curve data for PVC/EC01c annealed at 125 oC for different periods of time…………………………………………… 189 Table 3.22 DSC difference curve data for PVC/SBP124 annealed for 60 minutes at different temperatures………………………………….23 DSC difference curve data for PVC/SBP124 annealed at 125 oC for different periods of time……………………………………….24 DSC difference curve data for PVC/SDMT01a annealed for 60 xiv minutes at different temperatures………………………………….25 DSC difference curve data for PVC/SDMT01a annealed at 125 oC for different periods of time……………………………………….26 Observed maximum crystallization temperature ((Tc)max) and maximum crystallinity((Xc)max ) for some PVC samples annealed at (Tc)max for 60 minutes………………………………………….27 Equilibrium values of crystallinity (Xc) and melting temperature (Tm) for some PVCs annealed at 125 oC………………………….28 Results of the exponent n+1, crystallization rate constant K/(n+1), crystallization half-time t1/2, and heat of fusion at infinity ΔH∞ for some PVC samples………………………………………………… 206 Table 3.29 The activation Energies (Ea) and the degradation temperatures for some PVC samples at different percentage of weight loss at a heating rate of 20 oC/min………………………………………….30 Degradation temperatures of PVC/CMN001a under different degrees of degradation at heating rates of 5 , 10 and 15 oC/min.31 The derivative weight (dα/dt) of PVC/CMN001a under different degrees of degradation (α) at heating rates of 5 , 10 and 15 oC/min 223 Table 3.32 Apparent Activation Energies (Ea) for PVC/CMN001a calculated by three isoconversional methods………………………………….33 Degradation temperatures of PVC/EC01c with different degrees of degradation (α) at heating rates of 2, 5 , 10, 15 oC/min…………… 227 Table 3.34 The derivative weight (dα/dt) of PVC/EC01c with different xv degrees of degradation (α) at heating rates of 2, 5 , 10, 15 oC/min 228 Table 3.35 Apparent Activation Energies (Ea) for PVC/EC01c calculated by three isoconversional methods…………………………………….36 Comparison of the kinetic parameters for PVC degradation obtained by different authors……………………………………….1 Values of Ka and Kb for the dehydrochlorination of PVCs prepared in bulk using 2,2’-Azobisisobutyronitrile (AIBN) as initiator…….2 Values of Ka and Kb for the dehydrochlorination of PVCs prepared in the presence of 2-coumaranone (CMN)……………….

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ