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多元丙烯酸酯聚合物泡沫研制与性能研究

范勇恒

  多元丙烯酸酯聚合物泡沫是激光惯性约束聚变中重要的靶材料。论文以文献报道中对影响泡沫性能因素缺乏系统深入研究为突破点,从简单的基团溶解度参数计算出发,按照引发剂效率、溶剂效应、氧自由基俘获(链中断)效应、溶胶-凝胶反应动力学、凝胶强度与结构相互关系、泡沫结构,以及针对性的化学掺杂多元丙烯酸酯泡沫的制备的顺序,对整个实验过程进行了较为详细的研究并取得了成果。这些结果对于深入开展该类实验研究,优化技术路线,最终实现低密度泡沫原位成型技术具有重要的参考价值。论文的研究内容主要包括四部分,分别为:溶剂的选取,溶胶-凝胶过程,泡沫成型及性能研究,掺杂泡沫成型及性能研究。自由基溶液聚合反应体系中,溶剂以反应介质形式存在,由它产生的溶剂化效应,链转移效应和笼蔽效应影响着引发剂的活性、聚合反应速率以及聚合物的溶胀性能等。本论文结合具体的反应体系,通过理论计算与实验测定相结合的方法确定以季戊四醇四丙烯酸酯(PETA)为聚合单体交联形成的聚合物的溶解度参数值在19.0附近。分子中含有苯环的脂肪烃和羰基官能团的溶剂与引发剂安息香乙醚能够相互作用,导致引发剂“失活”,聚合反应速率变慢;而卤代烃、酯、醚和酰胺类溶剂则可以最大限度保持引发剂的反应活性,聚合反应速率较快。通过改变氧气体积和溶液体积比值发现,在溶胶—凝胶过程中,氧气对引发剂分裂产生活性自由基的抑制作用是导致反应体系中溶剂析出的主要原因,并且引发剂浓度越小溶剂析出量越大。根据在线监测溶胶—凝胶过程聚合反应体系的相对粘度变化发现:聚合反应总速率与单体浓度成正比,与引发剂浓度的平方根成正比,在低转化率阶段,单体浓度对聚合速率的影响会变大一些。凝胶的力学性能与聚合物的交联密度密切相关,当交联密度增加时,凝胶强度和弹性模量也在增加,凝胶弹性不断减小。以碳氧双键(C=O)伸缩振动峰为内标,对碳碳双键(C=C)进行红外光谱跟踪,研究发现:泡沫理论密度小于50mg/cm~3时,碳碳双键(C=C)转化率受氧气影响较大;而泡沫密度大于50mg/cm~3时,碳碳双键转化率受氧气影响较小,且转化率基本保持在86%附近。使用二氧化碳超临界干燥技术(控制温度约36℃、压力约8MPa),成功制备出多元丙烯酸酯聚合物泡沫。通过称重、测量体积后计算泡沫实际密度发现,实际密度和理论密度的差值随单体浓度增加越来越小,表明泡沫的收缩率越来越小。采用毛细管为容器,成功制备出最低密度为10mg/cm~3的泡沫。气体吸附方法和压汞法的测量结果显示:泡沫密度不断增加,比表面积快速增长后,慢慢趋于平缓,构成泡沫主要骨架结构的微凝胶粒子内部平均孔径尺寸集中分布在10个纳米以下,且这些孔的结构特性随泡沫密度增加变化不大,但微凝胶粒子之间的孔径从几十个纳米到几百个微米都有,孔径分布多元丙烯酸酷聚合物泡沫研制与性能研究随泡沫密度增大而减小。通过丙烯酸与多卤代酚的酷化反应实现了丙烯酸酷单体的掺杂改性合成(AEI、AEZ、AE:),它们与多元丙烯酸酷单体(PETA)共聚合后,结合COZ超临界干燥技术制备出掺杂丙烯酸酷聚合物泡沫,合成产率在70%以上。研究中发现AEI、AE:与PETA的反应活性较好,氯元素的掺杂含量较高,质量百分含量可以达到巧%。……   
[关键词]:丙烯酸酯;溶剂效应;溶胶-凝胶;泡沫;掺杂
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:中国工程物理研究院2004年
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