甲基丙烯酸甲酯-N-环己基马来酰亚胺-苯乙烯共聚物及其蒙脱土纳米复合材料的制备、结构和性能

摘要

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是一种透明材料,与无机透明材料相比,它具有很多优异的性能,但耐热性差是其主要缺点.提高PMMA耐热性,拓宽其应用领域已成为当今众多科研工作者的热门研究课题.本文采用两种途径对PMMA进行耐热改性:一是通过共聚在PMMA大分子链上引入刚性的N-环己基马来酰亚胺(CHMI),增大链内旋转阻力,从而提高其耐热性;二是利用有机-无机纳米复合技术,通过性能互补,实现PMMA的高性能化.本文首先研究了N-环己基马来酰亚胺单体合成的最佳条件,采用高温脱水法合成出了高产率、高纯度的单体(熔点为90.2℃,文献值90.2℃).在此基础上,利用本体聚合法制备了MMA/CHMI二元共聚物.本文研究的另一个重要内容是活性有机蒙脱土的制备.将水溶性阳离子自由基引发剂偶氮二异丁基脒盐酸盐(AIBA)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)或十六烷基三正丁基溴化鏻(HTPB)两次插层蒙脱土制备了既有较大层间距,又有引发活性的有机蒙脱土 ANMMT(AIBA和CTAB改性MMT)和APMMT(AIBA和HTPB改性MMT).AIBA在蒙脱土中的含量主要取决于两种插层剂的比值,与长碳链阳离子的种类关系不大.活性有机蒙脱土层间距的大小不仅与两种插层剂比值有关,还受阳离子种类的影响,在其它条件相同时,季鏻盐改性蒙脱土的层间距大于季铵盐.此种活性有机蒙脱土用于纳米复合材料的制备将从热力学和动力学两方面为蒙脱土片层的打开提供必要及充分的条件.将MMA分别与上述两种活性有机蒙脱土进行原位本体聚合,制备了PMMA/ANMMT和PMMA/APMMT纳米复合材料.为进一步提高蒙脱土片层的剥离程度,增大聚合物基体与蒙脱土片层的界面作用,采用共聚插层复合,将耐热改性单体CHMI引入插层复合体系,制备了MMA-CHMI共聚物/ANMMT和MMA-CHMI共聚物/APMMT复合材料.CHMI的引入使蒙脱土片层有了更大程度的分散.本文还探讨了无机蒙脱土存在下AIBA引发MMA-CHMI-St的三元共聚反应,考察了MMT用量、AIBA浓度、反应温度对聚合反应速率、共聚物分子量和产物Tg的影响;采用连续加料法制备了MMA-CHMI-St/MMT复合材料;将其作为耐热改性剂与PVC共混,共混后PVC的耐热性有所提高.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

§1.1 N-取代马来酰亚胺及其改性聚合物

1.1.1 N-取代马来酰亚胺的制备、结构及性能

1.1.2N-取代马来酰亚胺共聚合及其共聚物

1.1.3N-取代马来酰亚胺改性PMMA

§1.2纳米复合技术改性聚合物——聚合物/粘土纳米复合材料

1.2.1蒙脱土的结构、性能及其表面修饰

1.2.2聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备方法

1.2.3聚合物/蒙脱土纳米复合材料的结构及其表征

1.2.4聚合物/蒙脱土纳米复合材料的性能及应用前景

1.2.5 PMMA/蒙脱土纳米复合材料研究进展

§1.3本论文的指导思想及研究内容

第2章N-环己基马来酰亚胺单体的合成

§2.1实验部分

2.1.1主要原料及处理

2.1.2N-环己基马来酰亚胺的合成

2.1.3产物的结构表征

§2.2结果与讨论

2.2.1反应原理

2.2.2催化剂的种类及用量对反应的影响

2.2.3反应温度的影响

2.2.4后处理方法

§2.3 N-环己基马来酰亚胺的结构分析

2.3.1红外光谱(FTIR)分析

2.3.2元素(EA)分析

2.3.3高效液相色谱(HPLC)分析

2.3.4核磁共振(NMR)分析

2.3.5质谱(MS)分析

2.3.6 DSC分析

§2.4本章小结

第3章甲基丙烯酸甲酯-N-环己基马来酰亚胺二元共聚物的研究

§3.1实验部分

3.1.1主要原料及试剂

3.1.2甲基丙烯酸甲酯-N-环己基马来酰亚胺二元共聚物的制备

3.1.3试样的制备

3.1.4产物的性能测试

§3.2结果与讨论

3.2.1 CHMI用量对共聚物热性能的影响

3.2.2 CHMI用量对共聚物透光率、雾度的影响

3.2.3 CHMI用量对共聚物黄色指数的影响

3.2.4 CHMI含量对共聚物力学性能的影响

3.2.5耐热改性机理

§3.3本章小结

第4章甲基丙烯酸甲酯-N-环己基马来酰亚胺-苯乙烯三元共聚物的研究

§4.1实验部分

4.1.1主要原料及处理

4.1.2甲基丙烯酸甲酯(MMA)-N-环己基马来酰亚胺(CHMI)-苯乙烯(St)三元共聚物的制备

4.1.3共聚物的性能测试

§4.2结果与讨论

4.2.1 St加入量对共聚物光学性能及黄色指数的影响

4.2.2 St加入量对共聚物耐热性的影响

4.2.3 St加入量对共聚物力学性能的影响

§4.3本章小结

第5章活性有机蒙脱土的制备与表征

§5.1实验部分

5.1.1主要原料及试剂

5.1.2活性有机蒙脱土的制备

5.1.3有机蒙脱土的结构表征与性能测试

§5.2结果与讨论

5.2.1反应条件的影响

5.2.2红外光谱(FTIR)分析

5.2.3 X射线衍射(XRD)分析

5.2.4热失重(TGA)分析

5.2.5改性蒙脱土的活性分析

5.2.6活性有机土的结构模型

§5.3本章小结

第6章本体法甲基丙烯酸甲酯/蒙脱土纳米复合材料的制备与表征

§6.1实验部分

6.1.1主要原料及处理

6.1.2聚甲基丙烯酸甲酯/活性有机蒙脱土纳米复合材料的制备

6.1.3复合材料的结构表征与性能测试

§6.2结果与讨论

6.2.1原位插层聚合机理

6.2.2 PMMA/ANMMT纳米复合材料

6.2.3 PMMA/APMMT纳米复合材料

§6.3本章小结

第7章本体法甲基丙烯酸甲酯-N-环己基马来酰亚胺共聚物/蒙脱土纳米复合材料的制备与表征

§7.1实验部分

7.1.1主要原料及其处理

7.1.2甲基丙烯酸甲酯-N-环己基马来酰亚胺共聚物/蒙脱土纳米复合材料的制备

7.1.3复合材料的结构表征与性能测试

§7.2结果与讨论

7.2.1 MMA-CHMI共聚物/ANMMT纳米复合材料

7.2.2 MMA-CHMI共聚物/APMMT纳米复合材料

§7.3本章小结

第8章无皂乳液法甲基丙烯酸甲酯-N-环己基马来酰亚胺-苯乙烯三元共聚物/蒙脱土复合材料的合成及应用

§8.1实验部分

8.1.1主要原料及其处理

8.1.2 MMA-CHMI-St三元共聚物/蒙脱土复合材料的制备与表征

8.1.3共混物的制备与表征

§8.2结果与讨论

8.2.1反应机理

8.2.2蒙脱土对AIBA分解速率的影响

8.2.3蒙脱土用量对共聚反应速率、共聚物分子量及复合材料耐热性能的影响

8.2.4 AIBA浓度对聚合反应速率、共聚物分子量及复合材料耐热性的影响

8.2.5聚合温度对聚合反应速率、共聚物分子量及复合材料耐热性的影响

8.2.6 MMA-CHMI-St三元共聚物/蒙脱土复合材料(MCS3)的结构表征

8.2.7 MMA-CHMI-St三元共聚物/蒙脱土复合材料对PVC共混改性的研究

§8.3本章小结

第9章结论

参考文献

致谢

攻读博士学位期间所取得的相关科研成果