聚甲基三氟丙基硅氧烷的聚合动力学及其流变性能研究

摘要

聚甲基三氟丙基硅氧烷(PMTFPS)通常是以1，3，5-三甲基-1，3，5-三（3，3，3-三氟丙基）环三硅氧烷(D3F)为单体通过开环聚合反应而得。聚甲基三氟丙基硅氧烷合成过程中存在的聚合物与小分子环体的平衡化、引发剂的活性、聚合反应动力学和分子量及其分布等科学问题，以及关于PMTFPS的一些物理性质特别是流变性能需要进一步深入研究。
　　本课题以D3F为单体，选择硅醇锂为引发剂，采用阴离子开环聚合反应制备了数均分子量介于1.01×104～2.17×105 g/mol的聚甲基三氟丙基硅氧烷。利用核磁共振氢谱(1H NMR)、核磁共振硅谱(29Si NMR)、红外光谱(FTIR)、凝胶渗透色谱(GPC)和乌氏粘度计对合成的聚甲基三氟丙基硅氧烷进行了表征。利用GPC技术原位跟踪了D3F/硅醇锂反应体系的聚合物的分子量以及D3F的转化率随时间的变化关系，结果表明聚合反应初期D3F的聚合速度均符合一级反应动力学，硅醇锂引发剂体系可有效减弱聚合物与小分子环体的平衡化反应，形成分子量稳定的聚甲基三氟丙基硅氧烷。有机小分子促进剂可以调节硅醇锂引发剂的活性，缩短聚合反应的迟滞期，降低聚合反应温度，缩短聚合反应时间。
　　论文工作对不同分子量的聚甲基三氟丙基硅氧烷的流变性能和热行为进行了深入的研究。利用流变仪研究了不同分子量的聚甲基三氟丙基硅氧烷的粘弹性行为、粘度、流体类型、粘温性能、蠕变回复及触变性等流变性质，结果表明低分子量的PMTFPS聚合物在0.001～1000 s-1剪切速率下表现为类牛顿流体的行为。高分子量（大于3.7×104 g/mol）的PMTFPS聚合物的弹性大于粘性，在0.001～1000s-1剪切速率下表现为假塑性流体的行为。PMTFPS聚合物的粘流活化能在32～36kJ/mol之间，大于聚二甲基硅氧烷的(17 kJ/mol)。PMTFPS的蠕变过程中形变与时间呈线性关系，外力撤除后形变在短时间内基本不发生回复。PMTFPS聚合物的瞬态剪切应力响应和触变行为随着分子量的增加而增强。通过示差扫描量热法(DSC)研究了PMTFPS的低温性能，发现PMTFPS为非晶态高聚物，无结晶现象，玻璃化转变温度随着PMTFPS聚合物的分子量的增加，从-75℃升高到-65℃，当分子量大于3×104 g/mol时，玻璃化转变温度不再依赖于聚合物的分子量而发生明显变化，保持在-65℃不变。通过热重分析(TGA)研究了PMTFPS的热稳定性，发现PMTFPS在5％的热失重温度大于290℃，聚合物的热稳定性随着分子量的增加有所提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 聚甲基三氟丙基硅氧烷的合成研究进展

1．2．1 阴离子开环聚合

1．2．2 阳离子开环聚合

1．2．3 聚合物与低分子环体的平衡化反应

1．3 聚甲基三氟丙基硅氧烷的聚合动力学

1．4 聚甲基三氟丙基硅氧烷的性能

1．4．1 热稳定性

1．4．2 低温性能

1．4．3 流变性能

1．4．4 低表面能

1．4．5 其他性能

1．5 本课题的提出及研究内容

1．5．1 课题的提出

1．5．2 研究内容

第二章 聚甲基三氟丙基硅氧烷的合成及其聚合动力学研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂及药品

2．2．2 仪器及测试方法

2．2．3 聚甲基三氟丙基硅氧烷的合成

2．3 结果与讨论

2．3．1 聚甲基三氟丙基硅氧烷的合成

2．3．2 促进剂对D3F阴离子开环聚合反应的影响

2．3．3 红外光谱

2．3．4 核磁共振

2．3．5 聚合动力学

2．4 本章小结

第三章 聚甲基三氟丙基硅氧烷的性能研究

3．1 引言

3．2 仪器及测试方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 示差扫描量热

3．3．2 流变性能

3．3．3 热失重

3．4 本章小结

第四章 结论

参考文献

致谢

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