NPMI/GMA/St的制备及其在环氧树脂改性中的应用

摘要

N-取代苯基马来酰亚胺是一类重要的耐热改性单体，其与乙烯基单体的共聚物常应用于树脂的耐热改性领域，它可以在不影响树脂其它性能的情况下，显著提高树脂的耐热性。本文以N-苯基马来酰亚胺(NPMI)为主单体，甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和苯乙烯(St)为共聚单体，合成了NPMI/GMA/St三元共聚物，然后将其作为耐热改性剂与环氧树脂共混，研究改性后树脂的热稳定性变化情况。
　　 制备了N-苯基马来酰亚胺单体，用FTIR、1HNMR等表征手段确定了其结构。在此基础上，对单体进行了丙酮、乙醇、四氢呋喃、三氯甲烷、乙酸乙酯、丁酮等六种溶液体系中的溶解度测定，并用λh方程和Apelblat简化方程对实验数据进行了关联，最大平均相对偏差分别为5.56％、3.30％，结果表明APelblat方程拟合效果更佳;对NPMI在乙醇、丙酮、乙酸乙酯等三个体系293.15K-318.15K等六个温度下的密度与黏度也进行了测定，并对测定的密度与黏度数据分别按VTF方程进行了关联，最大标准偏差小于1.61％，说明该方程适用于该体系密度和黏度的拟合。
　　 以NPMI、GMA和St为原料，采用溶液共聚法合成了NPMI/GMA/St三元共聚物，采用FTIR对合成产物进行了结构确认，并用GPC测定了聚合产物的分子量及其分布情况。通过单因素试验优化了工艺条件:聚合反应温度75℃，引发剂用量为单体总质量的1.0％，单体摩尔配比(NPMI∶GMA∶St)1∶1∶2，单体总浓度0.6mol/L，反应时间6h，该条件下转化率可达98.7％。另外，对三元共聚物进行了热失重分析，考察其热分解性能，并采用Starink、Kissinger以及Flynn-Wall-Ozawa方法进行热分解动力学研究，得到热分解的表观活化能E分别为178.18kJ/mol、177.70kJ/mol和176.89kJ/mol，之后通过Crane方法求得聚合物热分解反应级数为0.94。
　　 NPMI/GMA/St三元共聚物作为耐热改性剂对环氧树脂进行共混改性，考察三元共聚物的含量对改性后环氧树脂热性能的影响，并与未改性环氧固化物的性能进行比较，结果发现三元共聚物与环氧树脂质量比在0.3∶1时环氧固化物显示出较好的耐热性能，比未改性的环氧周化物初始热分解温度及最大热分解温度分别提高了70℃和50℃。另外对改性后的环氧固化物进行了热分解动力学研究，采用Starink法、Kissinger法和F-W-O法计算了固化物的热分解表观活化能E值分别为:186.33kJ/mol、183.86kJ/mol、179.15kJ/mol，三种计算方法求得的E值相差不大。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 N-苯基马来酰亚胺的概述

1．3 N-苯基马来酰亚胺的共聚合研究

1．3．1 N-苯基马来酰亚胺的三元共聚

1．3．2 N-苯基马来酰亚胺与乙烯基单体的交替共聚

1．4 N-苯基马来酰亚胺的应用

1．4．1 N-苯基马来酰亚胺作为耐热改性剂的应用

1．4．2 N-苯基马来酰亚胺在其他领域的应用

1．5 课题的研究意义及内容

2 N-苯基马来酰亚胺的合成及其物性测定

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂与仪器

2．2．2 N-苯基马来酰亚胺的合成

2．2．3 NPMI的固液相平衡研究

2．2．4 NPMI的密度和黏度性质研究

2．3 结果与讨论

2．3．1 NPMI结构表征

2．3．2 NPMI的溶解度测定及关联

2．3．3 NPMI的密度、黏度测定与关联

2．4 小结

3 NPMI／GMA／St三元共聚物的合成及其相关性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂与仪器

3．2．2 单体精制

3．2．3 实验过程及步骤

3．2．4 表征与性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 结构表征

3．3．2 共聚合工艺研究

3．3．3 热分解动力学研究

3．4 小结

4 NPMI／GMA／St三元共聚物共混固化改性环氧树脂

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂与仪器

4．2．2 实验过程及步骤

4．3 结果与讨论

4．3．1 不同配比下环氧固化物的耐热性对比

4．3．2 改性环氧固化物的热分解动力学研究

4．4 小结

5 结论

参考文献

致谢

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