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。
【作者】饶小波；
【导师】陈建勇；
【作者基本信息】浙江理工大学，材料学，2014，硕士
【关键词】甲基丙烯酸丁酯；丙烯酰胺；共聚；合成；PMI泡沫；

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