BMA/AM共聚物的合成与改性

摘要

聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫塑料是一种质轻、闭孔的硬质泡沫塑料。PMI泡沫塑料具有最高的比强度、比模量（所有聚合物泡沫塑料中），以及优异的耐热性能和化学稳定性能，是复合材料夹层结构的理想芯材，主要应用于电子、航空、船舶和体育用品等领域。
　　现有文献大都以丙烯腈或者甲基丙烯腈作为主要单体合成PMI泡沫塑料，取得了比较突出的成果，并成功实现了产业化。但是，丙烯腈或者甲基丙烯腈作为主要单体时，聚合过程难以控制，无法完全消除爆聚现象，很难得到均相透明的共聚物，因此很容易出现废品或者需要裁减较多边角部分才能使用的情况。此外，丙烯腈类单体为高毒性化合物。本论文在国家自然科学基金(51103134)和浙江省自然科学基金(Y4110360)的资助下，选用了毒性较小、价格便宜的甲基丙烯酸丁酯(BMA)和丙烯酰胺(AM)作为主要单体制备PMI泡沫塑料。本论文着重于BMA/AM共聚物的合成、结构与性能之间的相互影响规律，为制备高性能PMI泡沫塑料奠定基础。主要研究内容如下:
　　(1)以BMA和AM作为主要单体，采用两步本体聚合法合成BMA/AM共聚物。即先在较高温度进行预聚，使单体达到一定的转化率，然后转入较低温度进行后聚合。分别研究了预聚合温度和后聚合温度、不同引发剂种类(BPO、AIBN)以及引发剂用量(0.1～1.2％)对BMA/AM共聚合过程的影响规律。结果表明:预聚合温度为70～100℃，后聚合温度为40～70℃，以BPO为引发剂，用量为单体总量的0.4～1.0％时，在聚合过程中，固态的AM在聚合反应体系中不易析出，BMA/AM共聚合过程容易控制，能够得到均相透明的BMA/AM共聚物。
　　(2)单体配比对BMA/AM共聚物结构和性能的影响。借助Q-e方程对BMA/AM自由基共聚进行理论研究，借助红外光谱分析(FTIR-ATR)、差示扫描量热法分析(DSC)、热重分析(TGA)和力学性能测试等方法研究主单体的配比对BMA/AM共聚物的结构和性能的影响规律。结果表明:随着单体比例减少，BMA/AM共聚物分子链中AM单元的含量增加，共聚物的热稳定性和压缩性能增加。单体BMA与AM的摩尔比为1∶1时制备的共聚物分子链中AM单元的含量较高，摩尔比为1∶1和0.5∶1制得的共聚物有单体残留，影响共聚物的压缩性能。
　　(3)极性分子对BMA/AM共聚合的影响。将极性分子环己醇引入到BMA和AM的共聚体系中，研究了环己醇对单体转化率和BMA/AM共聚物特性粘度的影响。随着环己醇加入量增加，AM在反应体系中溶解的量明显增大，单体转化率增加，BMA/AM共聚物的特性粘度存在峰值。借助傅里叶变换红外(FTIR)，核磁共振(13CNMR)，动态力学分析法(DMA)，差示扫描量热法(DSC)和热重分析法(TGA)研究环己醇对BMA/AM共聚物结构和性能的影响，结果表明:AM只能与BMA进行共聚反应，随着环己醇加入量增加，BMA/AM共聚物含量将增加，由此发泡阶段的酰亚胺化反应程度就越高，BMA/AM共聚物分子链中的酰亚胺环结构就越多，从而显著提高BMA/AM共聚物的性能，有望制备高性能的聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫塑料。
　　(4)交联剂对BMA/AM共聚物结构和性能的影响研究。随着交联剂用量增大，BMA/AM共聚物的力学性能提高明显。采用丙烯酸和Mg(OH)2作为复合交联剂，在研究范围内，随着丙烯酸和Mg(OH)2的摩尔比例下降，BMA/AM共聚物的压缩性能提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 泡沫塑料

1．2．1 热塑性泡沫塑料

1．2．2 热固性泡沫塑料

1．2．3 功能性泡沫塑料

1．3 聚酰亚胺(PI)及其泡沫塑料

1．3．1 聚酰亚胺(PI)泡沫塑料的发泡方法

1．3．2 聚酰亚胺(PI)泡沫塑料的泡孔控制方法

1．4 聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)及其泡沫塑料

1．4．1 聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)及其泡沫塑料的制备方法

1．5 本课题的研究目的与主要内容

1．5．1 研究目的

1．5．2 研究内容

第二章 BMA／AM共聚物的合成研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验方案

2．2．3 实验仪器设备

2．2．4 原料的精制

2．2．5 BMA／AM共聚物的性能表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 BMA／AM聚合温度研究

2．3．2 引发剂的选择及用量研究

2．3．3 BMA／AM自由基共聚的理论计算

2．3．4 单体配比对BMA／AM共聚物结构和性能的影响

2．4 本章小结

第三章 极性分子对BMA／AM共聚物结构和性能的影响

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 BMA／AM共聚物的合成工艺

3．2．3 实验仪器设备

3．2．4 BMA／AM共聚物的性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 极性分子对BMA／AM共聚合的影响

3．3．2 不同种类的极性分子对BMA／AM共聚合过程的研究

3．3．3 环己醇对AM在BMA中溶解性能的影响

3．3．4 环己醇对单体总的转化率和特性粘度的影响

3．3．5 环己醇对BMA／AM共聚物分子结构的影响

3．3．6 环己醇对BMA／AM共聚物热性能的影响

3．4 本章小结

第四章 BMA／AM共聚物的改性研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 主要原料

4．2．2 主要实验仪器及设备

4．2．3 BMA／AM共聚物的制备过程

4．2．4 BMA／AM共聚物的结构与性能分析

4．3 结果与讨论

4．3．1 复合交联剂对BMA／AM分子结构的影响

4．3．2 复合交联剂的配比对BMA／AM共聚物压缩性能的影响

4．3．3 复合交联剂的用量对BMA／AM共聚物压缩性能的影响

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

硕士期间发表论文情况

致谢