煤/聚合物共混材料热稳定性研究

选用铜川徐家沟煤、神府3－1煤和华蓥山绿水洞煤三种超细粉，低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和高密度聚乙烯三种基体。用热重分析（TG）对煤/聚合物共混材料的热稳定性进行了研究，用差示扫描量热分析（DSC）对共混材料的热氧稳定性进行了研究，结果表明当煤组分含量大于10％时，有助于提高聚合物的热稳定性，且随着煤组分含量的增加，热稳定性逐渐增加。并且，煤种不同对聚合物基体的热稳定性影响不同，煤种使聚合物基体热稳性增加程度与煤的芳香度大小顺序一致。基体树脂的化学结构、熔融指数和结晶程度对煤/聚合物共混材料的热稳定性也有重要影响，其影响程度为：LDPE>LLDPE>HDPE。同一煤种对LDPE和LLDPE的稳定性影响一致，即热及热氧化稳定性均增加，而对于高密度聚乙烯却是增加了聚合物热稳定性而降低了聚合物的热氧稳定性。当煤组分含量小于10％时，煤/聚合物共混体系的热及热氧稳定性均降低，且当煤组分含量在5％时，对聚合物的热稳定性降低程度最为显著。助剂对煤/聚合物共混材料热稳定性影响研究表明，不同助剂对其有不同的影响作用，其影响取决于助剂的结构与作用。综上所述，影响煤的热稳定性、热氧化稳定性因素主要有：煤种、煤作为大分子聚合物在共混物中的比例，共混物基体树脂的结构与特性、助剂的结构与作用等。这些因素对煤/聚合物共混材料热稳定性影响的差异性为实现对煤/聚合物共混材料的热降解控制奠定了基础。煤种、煤含量以及功能性金属离子、抗氧剂是控制煤基共混物材料热降解和热氧化降解的关键因素。为此基于热解产物的FTIR及相关文献，推测煤基聚合物共混材料降解过程遵循无规断链引发自由基链式反应机理，煤参与了链引发、链传递、链终止全过程。对聚合物热稳定性影响主要体现在煤酚羟基官能团和煤热解生成产物中的酚羟基官能团的供氢作用，使其活性自由基发生链转移，形成具有高度共轭结构的煤基芳香大分子酚氧基稳定自由基，从而造成链反应的终止。同时，煤中固有的芳香大分子自由基也可与聚合物大分子自由基结合发生自由基链终止反应。因此，煤基聚合物共混体系中，煤的含量较高时，由于煤芳香大分子的链转移和链终止占优势，煤的加入有助于提高聚合物的热稳定性和热氧稳定性。但当煤的含量低于一定程度时，由于煤在室温下就存在大量自由基，因此煤的大分子自由基就可能起到自由基诱导和引发的作用，从而促进聚合物的降解，降低 其热稳定性。通过TG分析，获得了相应的动力学参数。由动力学参数的变化进一步证明了煤的存在改变了聚合物的热降解机理。