您的当前位置:首页正文

抗氧剂对PMI泡沫性能影响的研究

2024-08-10 来源:爱go旅游网
黑龙江科学 2012年第3卷第2.期 HEILONGJIANG SCIENCE 抗氧剂对PMI泡沫性能影响的研究 Effect of Antioxidant on the Preparation and Properties of PMI Foams EXPERIMENT AND ReSEARCH 张杨,吴俊,焦自保,曲春燕 (黑龙江省科学院石油化学研究院,黑龙江哈尔滨150040) ZHANG Yang,WU Jun,JIAO Zi-bao and QU Chun-yan (Institute ofPetrochemistry,Heilont ̄iangAcademy fScioences,Harbin 150044 China) 摘要:PMI泡沫塑料的制备过程中,高温发泡和热处理均会导致泡沫发生热氧化,因此须加入少量抗氧剂。同时抗氧剂的加入将 有助于改善PMI泡沫塑料的力学性能和耐热性能。分别选用四(p一(3,5一三级丁基一4一羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯(抗氧剂1010)和 三f2,4一二叔丁基苯基)亚磷酸酯(抗氧剂168)作为抗氧剂,探讨了其对PMI泡沫塑料制备的影响。结果发现:PMI泡沫塑料的密度、 抗压强度、拉伸强度、抗弯强度、压剪强度、弹性模量均随抗氧剂用量的增加而提高,抗氧剂1010对PMI泡沫密度和各力学性能的影 响比抗氧剂168更明显。同时抗氧剂的加入改善了PMI泡沫的耐热性,随着两种抗氧剂用量的增加,PMI泡沫塑料的220℃热失重率 逐渐降低,300 ̄C的残留率逐渐增加,抗氧剂168对PMI泡沫塑料耐热性的提高较抗氧剂1010更显著。 关键词:聚甲基丙烯酰亚胺;泡沫塑料;抗氧剂 中图分类号:TQ 328.2 文献标识码:A 文章编号:1674—8646(2012)02.0001—04 Abstract:High temperature and heat-treatment could lead thermal oxidation to PMI foam,so small amount of antioxidant has to be added to the mixture during the preparation of PMI foams.This may improve the mechanical properties and heat resistance of PMI foam.The study on the effect of an- tioxidant on the preparation of PMI foams was presented in this paper by selecting antioxidant 1010 and antioxidant 168 respectively.The resuhs showed that the density,compression strength,tensile strength,flexural strength,shear strength and elastic modulus of PMI foam gradually improved with the in— crease of the content of antioxidant.The effect of antioxidant 1010 on the density,elastic modulus and mechanical properties of PMI foa/n was more obvious than antioxidant 168.The addition of antioxidant also improved the heat resistance of PMI foam.Thermal weight loss of 220℃of PMI foams was gradually decreased and residual rate of 300 ̄C gradually increased with the increase of the content of antioxidant.The effect of antioxidant 168 on the heat resistance 0f PMI foams was more obvious than antioxidant 1010. Key words:Polymethacrylimide;oam;antifoxidant PMI泡沫塑料是一种泡孔为100%闭孔结构的 的分解,阻止链式反应的进行。因此少量抗氧剂的加 入有利于减弱PMI泡沫塑料在高温发泡和热处理过 高性能泡沫塑料。在相同密度下,PMI泡沫塑料是 目前强度、刚度最高的泡沫塑料,具有比PVC、PUR 等硬质泡沫塑料更高的比强度、比模量和抗蠕变性 能¨制。PMI泡沫塑料是以甲基丙烯酸(MAA)和甲 程中的热氧化作用,从而改善PMI泡沫塑料的力学 性能和耐热性能【 】。本文选用两种抗氧剂,并分别讨 论了它们对PMI泡沫塑料制备的影响。 基丙烯腈(MAN)为共聚单体,加入引发剂、发泡剂、 交联剂以及成核剂共聚得到MAA/MAN共聚物树脂 基体,再经过高温发泡和热处理制得。高温发泡和 热处理过程中发生的热氧化作用会影响PMI泡沫 塑料的力学性能和耐热性能。 1 实验部分 1.1 实验原料 甲基丙烯酸(MAA),分析纯,天津市科密欧试 有机化合物的热氧化过程是一系列的自由基链 式反应,在热、光或氧气的作用下,有机分子的化学 键发生断裂,生成活泼的自由基和氢过氧化物。这些 自由基可以引发一系列的自由基链式反应,导致有 剂开发中心;甲基丙烯腈(MAN),分析纯,ACROS ORGANICS公司;偶氮二异丁腈,分析纯,上海沁威 化工有限公司;过氧化二苯甲酰,分析纯,上海沁威 化工有限公司;过氧化苯甲酸叔丁酯,分析纯,南通 机化合物的结构和性质发生根本变化。抗氧剂的作 用是消除刚刚产生的自由基,或者促使氢过氧化物 收稿日期:2012一Ol—O5 大晟化学品有限公司;异丙醇,分析纯,国药集团化 学试剂有限公司;氧化镁,市售;甲基丙烯酸烯丙 作者简介:张扬(1978一),女,山东昌邑市人,助理研究员,主要从胶黏剂的研制开发工作。 ・ 2 ・ 张杨等,抗氧剂对PMI泡沫性能影响的研究 酯,分析纯,ACROS ORGANICS公司;甲基丙烯酸叔 丁酯(tBMA),分析纯,美国ALDRICH公司;抗氧剂 168和抗氧剂1010,分析纯,日本东京化成工业株 式会社。 1.2 PMI泡沫塑料的制备 1.2.1 可发泡的MAN/MAA共聚物的制备 可发泡的MAN/MAA共聚物是通过自由基共聚 的方式,采用本体浇注的方法制得的。首先按照表1 的配方制得均匀的反应混合溶液,然后将该液体直 接注入两块厚度为5mm的平行玻璃板和硅橡胶密 封胶条形成的空腔中,在40~60℃的水浴中反应 72一lOOh,得到透明的MAN/MAA共聚物,接着将制 得的MAN/MAA共聚物在80—120 ̄C的烘箱中后聚 合10~12h,最终得到可发泡的MAN/MAA共聚板。 表1主要原料及配方 Table 1 Main materials and recipe Material Recipe/share Methacrylic acid(MAA) 5O Methacrylonitrile(MAN) 50 Foaming agent 2-8 Cross-linking agent 0.1 2 Initiators 0.2 ̄0.3 Nucleating agent O.1~O.2 Antioxidant 1010 Or Antioxidant 168 O~0.5 1.2.2 PMI泡沫塑料的制备 首先将MAN/MAA共聚物在150~160℃的烘箱 中预热1~2h,接着在200~220 ̄C的热空气中自由发 泡2~3h,最后在160~180 oC的烘箱中热处理5—6h, 制得PMI泡沫塑料。 1.3 PMI泡沫塑料性能测试 1.3.1 PMI泡沫塑料的密度和力学性能测试 密度测定按照ASTM D1622—98进行,压缩强度 按标准ASTM D1621—2000进行,拉伸强度按标准 ASTM D638—1999进行,弯曲强度按ASTM D790—1999进行,剪切强度按ASTM C732—2000进 行。 1.3.2热性能测试 热失重分析(DTA—TG):采用热失重仪(PERKIN ELMER TGA7),测量制得的泡沫塑料的热分解温 度,条件:升温速度10cc/min,氛围:氮气。 2 结果与讨论 2.1 抗氧剂用量对PMI泡沫塑料密度和力学性能的 影响 苫,【 ∞皿s 8qs 8 7 6 5 4 3 2 1 OO Antioxidant Content]% (a)密度(b)压缩强度(e)剪切强度(d)拉伸强度(e)弯曲强度 图2抗氧剂1010用量对PMI泡沫塑料密度及力学性能的影响 Fig.2 Effect of Antioxidant 1010 content on density and mechanical properties of PMI foams 3 叠至3 3 4 2 0 黑龙江科学 2012年第3卷第2期 HEILONGJIANG SCIENCE 图2fa)是抗氧剂1010和抗氧剂168的用量对 PMI泡沫塑料密度和力学性能的影响。从图可以看 出,随抗氧剂用量的增加,PMI泡沫塑料的密度逐渐 增大,这是因为随着抗氧剂用量的增大,发泡过程 中熔体黏度增大,泡孔直径变小,单位体积内的泡 孔数目增加,从而密度增大。同时可以看出抗氧剂 1010对PMI泡沫塑料密度的影响比抗氧剂168更 明显。 由图2(b) (e)可知,随着抗氧剂用量的增加, PMI泡沫塑料的压缩强度、拉伸强度、剪切强度和弯 曲强度均明显提高。由于抗氧剂1010对密度的影 响更加明显,而密度对PMI泡沫塑料的力学性能有 重要影响,因此使用抗氧剂1010时,力学性能的增 加更明显。 分析结果可知:加入相同量的抗氧剂1010和抗 氧剂168,抗氧剂1010比抗氧剂168对PMI泡沫塑 料密度以及其他力学性能的影响更大。原因如下: |lI口P0昌名∞口 抗氧剂1010的分子式为C H 噙0 相对分子质量为 l 177.6,抗氧剂168的分子式为C舵H 0 P,相对分子 质量为646.9。当加入等量的不同抗氧剂时,由于抗 氧剂1010相对分子质量较大,它对发泡时熔体的 黏度的影响较大,而熔体黏度对气泡膨胀影响很明 显,熔体黏度越大,气泡膨胀的初始速度越低,泡径 也越小,因此密度和力学性能就会相应增大。因此, 通过调节抗氧剂的用量可以制得不同密度和力学 性能的PMI泡沫塑料。但是在实验中我们发现,当 抗氧剂的用量高于0.5%时,会导致发泡时熔体黏 度过大,共聚板不能完全发起来,发泡倍率很小,因 此抗氧剂的用量不宜过高,在0%~0.5%为宜【10-11】。 2.2抗氧剂用量对PMI泡沫塑料弹性模量的影响 图3(a)和(b)分别是抗氧剂1010和抗氧剂168 对PMI泡沫塑料弹性模量的影响。从图中可以看 出,当加入0.06%的抗氧剂1010和0.06%的抗氧剂 168时,其弹性模量分别为62.32MPa和54.12MPa, 对应其密度分别为75.9 kg/m 和70 kg/m 。抗氧剂 1010对弹性模量的影响比抗氧剂168更明显,两种 抗氧剂对弹性模量的影响和对密度的影响是一致 的,这是因为密度是决定泡沫塑料力学性能和弹性 模量的主要因素。 图3 抗氧剂1010和抗氧剂168用■对PMI泡沫塑料拉伸模量的影响 Fig.3 Effect of Antioxidant 1010 and Antioxidant 168 content on tensile modulus of PMI foams 2.3抗氧剂用量对PMI泡沫塑料耐热性的影响 表2抗氧剂1010对PMI泡沫热重的影响 Table 2 Effect of Antioxidant 1010 content on TG of PMI foams 表3抗氧剂168对PMI泡沫热重的影响 Table 3 Effect of Antioxidant 168 content on TG of PMI foams 表2和表3为抗氧剂用量对PMI泡沫塑料 220 oC热失重率和300℃残留率的影响。从表中可以 看出,随着抗氧剂用量的增大,PMI泡沫塑料在 220 oC热失重率逐渐下降,300℃残留率逐渐升高, 抗氧剂的加入明显改善了PMI泡沫塑料的耐热性 能。当加入两种抗氧剂量低于0.14%时,抗氧剂168 对PMI泡沫塑料耐热性的改善较抗氧剂1010更明 显。当加人抗氧剂的量增加至0.18%时,两种不同 张杨等,抗氧剂对PMI泡沫性能影响的研究 抗氧剂制得的PMI泡沫塑料热分析数据相差不大, 其耐热性能相当。 图4(a)和(b)分别是加入等量0.06%抗氧剂 1010和抗氧剂168的TG曲线。从图4可以看出, PMI泡沫塑料的热失重为5%时对应的温度分别为 抗氧剂1010:310 oC,抗氧剂168:340 oC。因此加入 等量0.06%的不同抗氧剂时,抗氧剂168制得的 PMI泡沫塑料比加入抗氧剂1010制得的PMI泡沫 塑料具有更好的耐热性。 Temperature/ ̄C 图4加入O.06%等量不同抗氧剂时的PMI泡沫TG曲线 Fig.4 TG curve of PMI foams using equal 0.06%with different antioxidant OH 量 。 ≮ j 地 一 。。  蒜 HO … 、C H3 (b) 图5抗氧剂结构式(a)抗氧剂1010(b)抗氧剂168 Fig.5 Structural formula of antioxidant(a)antioxidant 1010(b) antioxidant 168 3 结 论 (1)PMI泡沫塑料的密度、抗压强度、拉伸强 度、弯曲强度、压剪强度、弹性模量均随抗氧剂用量 的增加而提高,抗氧剂1010对PMI泡沫塑料密度 和力学性能的提高比抗氧剂168更明显。 (2)PMI泡沫塑料在220 时的热失重率随抗 氧剂用量的增大而减小,300 ̄C的残留率随抗氧剂 用量的增大而提高。抗氧剂168对PMI泡沫塑料耐 热性的影响较抗氧剂1010更加显著。 参考文献: [1]卢子兴,赵明洁.泡沫塑料力学性能研究进展[J].力学与实 践,1998,20(2):1-9. [2]HERMANN SEIBERT.PMI rigid foam plastics[J J.Kunststoffe, 1999.4:32~33. [3]HERMANN SEIBERT.PMI Foam Cores Find Further Applications l J J.Reinforced Plastics,2000,1:36~38. [4]HERMANN SEIBERT.Applieations for PMI foams in aerospace sandwich structures[J J.Reinforced Plastics,2006,1:44-48. [5]胡培.PMI泡沫:夹层结构的芯材[J].玻璃钢,2003(2):9-17. [6]余烨译.作芯材用的硬聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料[J].国外 机车车辆工艺,2000,5:46. [7]何继敏.新型聚合物发泡材料及技术[M].北京:化学工业出版 社,2008,567 ̄574. [8] GUENTER SCHROEDER,OBER—RAMSTADT.Foamable polymer material:US,4,187,353lPj.1980—02—05. [9]潘祖仁.高分子化学[M].北京:化学工业出版社,2003:78-79. [1O]吴舜英,徐敬一.泡沫塑料成型[M].北京:化学工业出版社. 1992:51. [11] 谢克磊,曲春艳.交联剂对PMI泡沫塑料结构与性能的影响 [J].材料工程,2009(4):23~25. 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容