超声场辅助MAA/AN共聚物的制备与表征及热分解动力学研究

摘要

超声化学已成为目前化学研究领域的前沿学科之一。这是由于超声波可以在液体体系中产生空化、剧烈搅拌等效果，使其在高分子合成及高分子反应机理的研究中有着诸多独特的应用。声化学理论计算和对应实验表明，超声空化作用可使空化泡相界面周围出现5000K高温、66.24kPa高压的极端环境，这样的条件下溶剂、单体或高聚物链会发生分解或破裂产生自由基，更多的自由基有利于反应的引发。此外，超声波有效的混合作用有利于反应的进行。
　　本论文在超声波辅助作用下，以甲基丙烯酸（MAA）和丙烯腈（AN）为主要原料进行自由基聚合，得到MAA/AN共聚物。研究了单体配比、引发剂用量、超声波频率以及聚合温度等因素对聚合反应的影响，同时计算了MAA和AN的竞聚率。结果表明，单体配比为1:1，引发剂用量为0.2％，超声频率为20kHz以及聚合温度为55～60℃时，聚合反应速率适当，反应过程易于控制，所得共聚物的相对分子质量较高。MAA和AN的竞聚率分别为0.04和0.50。
　　采用DTG热分析技术研究MAA/AN共聚物的热分解反应动力学，得出聚合温度为50℃、120℃、140℃、160℃的MAA/AN共聚物的热分解反应活化能分别为61.24kJ/mol，101.59kJ/mol，147.46kJ/mol，185.14kJ/mol；指前因子lgA0分别为4.40，7.70，10.35，14.69。通过红外光谱分析（FTIR）、热失重分析（TG）、动态热机械分析（DMA）等方法对共聚物的结构与性能进行了分析，得到相应共聚物的弯曲强度分别为93.8MPa、192.5MPa、55MPa、168.4MPa，弯曲模量分别为4.06GPa、4.79GPa、0.75GPa、6.74GPa，冲击强度分别为7.5kJ/m2、13.2kJ/m2、23.4kJ/m2、18.4kJ/m2。TG曲线表明，不同聚合温度下MAA/AN共聚物800℃时残炭率约为40%，说明MAA/AN共聚物具有良好的热稳定性；通过DMA分析，聚合温度为50℃、120℃、140℃、160℃的MAA/AN共聚物的玻璃化转变温度分别为92.92℃、154.64℃、187.66℃、203.93℃。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 声化学基本原理

1.3 超声在聚合物合成方面的应用

1.4 论文的背景、目的及意义

1.5 本文构思及研究内容

1.6 论文的主要创新点

第二章 超声场下MAA/AN共聚反应的微观动力学

2.1 实验原材料与仪器

2.2 实验内容

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 超声场辅助MAA/AN共聚物的制备与表征

3.1 实验原材料与仪器设备

3.2 实验内容

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 MAA/AN共聚物的热分解动力学

4.1 实验内容

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢