甲基丙烯酸丁酯/丙烯酰胺共聚物泡沫塑料的制备与改性

摘要

随着宇航、高速列车、微电子工业等新兴领域的快速发展，PP、PS、PU等传统泡沫塑料已经不能满足这些领域对材料强度、刚度、耐热性等性能的特殊要求。因此，泡沫塑料的研究重点已由传统的通用型转向至高性能的功能型。聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫塑料的独特的刚性酰亚胺环状分子结构赋予其优异的力学性能和耐热性能，由此具有广阔的应用前景。但PMI泡沫塑料目前主要由德国德固赛公司和日本积水化学公司垄断供应，价格昂贵，不易获取。因此，打破该材料的技术垄断，早日实现PMI泡沫塑料的生产自主化是当务之急。
　　本论文作者所在实验室通过大量前期实验证实，选用甲基丙烯酸丁酯（BMA）和丙烯酰胺（AM）作为主要单体，通过自由基本体聚合获得BMA/AM共聚物树脂板，经高温发泡可获得与PMI泡沫塑料具有类似分子结构的BMA/AM共聚物泡沫塑料。本文主要的研究内容包含如下三个方面：通过研究预聚合工艺过程，包括预聚合温度和投料方式，分析它们对BMA/AM共聚物的分子结构和性能的影响；研究BMA/AM共聚物泡沫塑料的发泡工艺，包括发泡剂种类、配比和含量，并分析它们对BMA/AM共聚物泡沫塑料的影响；以乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）、甲基丙烯酸烯丙酯（AMA）和异氰尿酸三烯丙酯（TAIC）为交联剂，分析交联改性对BMA/AM共聚物泡沫塑料的结构和性能的影响。利用13C NMR、FTIR、DSC、TGA、DMA、光学显微镜和力学测试等手段，分析BMA/AM共聚物及其泡沫塑料的结构与性能。
　　预聚合工艺研究结果表明，预聚合温度和投料方式对BMA/AM共聚物的分子结构和性能有较大的影响。升高预聚合温度与改变投料方式都可以提高AM单体在反应体系中的转化率，从而提高BMA/AM共聚物分子链中AM链结的含量。AM含量的提高增加了BMA/AM共聚物在热处理过程中发生的酰亚胺化反应程度，最终提高了BMA/AM共聚物泡沫塑料的耐热性能和压缩性能。
　　发泡工艺研究结果表明，以甲酰胺和叔丁醇组成复合发泡剂，且两者比例为1:3时，获得的BMA/AM共聚物泡沫塑料泡孔分布均匀；随着发泡剂含量的增加，BMA/AM共聚物泡沫塑料的密度随之减小，压缩性能随之降低；此外，BMA/AM共聚物在发泡过程中发生了酰亚胺化反应。
　　交联改性研究结果表明，交联剂对BMA/AM共聚物泡沫塑料的力学性能和耐热性能影响较大。交联剂的引入提高了BMA/AM共聚物泡沫塑料的耐热稳定性能。随着交联剂含量的增加，BMA/AM共聚物泡沫塑料的密度和压缩性能随之提高。EGDMA和AMA对BMA/AM共聚物泡沫塑料的密度、耐热性能以及压缩性能的影响强于TAIC。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2泡沫塑料

1.2通用泡沫塑料

1.3功能性泡沫塑料

1.4聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫塑料

1.5课题的研究目的与研究内容

第二章 实验部分

2.1实验原料和仪器

2.2实验原料提纯

2.3实验方案

2.4 BMA/AM共聚物的提纯

2.5结构与性能分析

第三章 BMA/AM共聚物分子结构的调控

3.1引言

3.2实验

3.3结构与性能分析

3.4本章小结

第四章 BMA/AM共聚物泡沫塑料的制备与表征

4.1引言

4.2实验

4.3 BMA/AM共聚物泡沫塑料的发泡工艺研究

4.4 BMA/AM共聚物泡沫塑料的结构与性能表征

4.5本章小结

第五章 BMA/AM共聚物泡沫塑料的交联改性研究

5.1引言

5.2实验

5.3结构与性能分析

5.4本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

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