含噁嗪环马来酰亚胺与苯乙烯的共聚及其固化动力学研究

论文摘要

聚苯乙烯是一种通用的线性高分子，由于其优良的物理化学性质及良好的加工性能，在生产生活中已经得到了广泛的应用。但聚苯乙烯的热性能不足，限制了其在特殊条件下的应用。如何提高聚苯乙烯的性能，拓展其应用领域，引起了人们的广泛关注。本论文设计出一种新型的含有噁嗪环的马来酰亚胺单体，并且将此单体与苯乙烯进行自由基共聚，从而达到提高聚苯乙烯耐热性能的目的。工作主要包括三部分内容：一、以自制的HPM为酚源，对甲苯胺为胺源，采用溶液法合成了含有噁嗪环的马来酰亚胺单体（HPM-Bz-Me）。以偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，进行了HPM-Bz-Me与苯乙烯（St）两种单体的自由基共聚。通过核磁以及红外光谱对此马来酰亚胺单体（HPM-Bz-Me）以及其共聚物poly（HPM-Bz-Me-co-St）进行了结构表征。通过TGA测试表明，以DMSO为溶剂时，所合成的共聚物的热性能最好，10%的热失重温度为442℃、800℃时的残炭率为44.5%。二、研究了poly（HPM-Bz-Me-co-St）中交替结构形成的机理以及溶剂对交替结构形成的影响。当反应溶剂极性越强，形成的共聚物中交替结构就会越多。当共聚物poly（HPM-Bz-Me-co-St）中交替组分增加时，共聚物中酰亚胺环和噁嗪环结构也就越多，最终必会导致热性能的提高。三、采用DSC方法研究了共聚物的固化动力学。分别采用Kissinger、Ozawa和Flynn–Wall–Ozawa方法来研究了共聚物poly（HPM-Bz-Me-co-St）固化反应过程中的活化能，其中，通过Kissinger和Ozawa方法算出的活化能分别为134.1kJ/mol和135.9kJ/mol，利用Flynn–Wall–Ozawa方法研究了固化过程中活化能随着固化度变化的趋势。Friedman方法分析结果表明，固化反应为自催化反应机理，计算得到的反应级数m和n分别为0.49和1.44，还对其固化过程进行了模拟计算，理论模拟曲线和试验曲线有很好的一致性。另外，对共聚物poly（HPM-Bz-Me-co-St）的固化工艺进行了研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 聚苯乙烯概述
• 1.1.1 聚苯乙烯的简介
• 1.1.2 聚苯乙烯的性能
• 1.2 聚苯乙烯的改性及应用领域
• 1.2.1 聚苯乙烯的改性
• 1.2.2 聚苯乙烯的应用领域
• 1.3 马来酰亚胺型耐热改性剂
• 1.3.1 应用研究
• 1.3.2 含噁嗪环马来酰亚胺的研究
• 1.4 论文设计的思路及研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 引言
• 2.2 实验药品及仪器
• 2.2.1 主要实验试剂
• 2.2.2 原料的精制
• 2.2.3 主要实验仪器
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 原料 N-对羟基苯基马来酰亚胺（HPM）的合成
• 2.3.2 苯并噁嗪单体（HPM-BZ-Me）的合成
• 2.3.3 HPM-BZ-Me 与苯乙烯（St）的聚合
• 2.4 表征及测试
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 HPM 的结构表征
• 3.1.1 HPM 的1H-NMR 表征
• 3.1.2 HPM 的 FTIR 表征
• 3.2 HPM-Bz-Me 的结构与表征
• 3.2.1 HPM-Bz-Me 合成及提纯条件的选择
• 3.2.2 HPM-Bz-Me 的 FTIR 表征
• 3.2.3 HPM-Bz-Me 的核磁表征
• 3.2.4 HPM-Bz-Me 的 ESI 质谱分析
• 3.2.5 单体 HPM-Bz-Me 的热性能分析
• 3.3 poly（HPM-Bz-Me-co-St）的表征
• 3.3.1 poly（HPM-Bz-Me-co-St）的 FTIR 表征
• 3.3.2 poly（HPM-Bz-Me-co-St）的核磁表征
• 3.3.3 poly（HPM-Bz-Me-co-St）的热性能分析
• 3.3.4 交替结构形成机理
• 3.4 共聚物的固化动力学研究
• 3.4.1 共聚物的固化活化能的计算
• 3.4.2 固化反应机理的确定
• 3.4.3 固化动力学方程的模拟
• 3.4.4 固化工艺的探讨
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢