n苯基馬來(lái)酰亞胺的合成及應(yīng)用研究

n苯基馬來(lái)酰亞胺的合成及應(yīng)用研究

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1、武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要N一苯基馬來(lái)酰亞胺俗稱“單馬",英文名稱為:N—phenylmaleimide、1一Phenyl一1H—pyrrole一2,5-dione、N-phenylmaleicimide、Maleimidobenzene,英文縮寫NPMI,淡黃色片狀晶體,熔點(diǎn)為88-'--92℃,是近年發(fā)展起來(lái)的一種耐熱有機(jī)單體,由于它具有五元環(huán)狀平面結(jié)構(gòu),嵌入高分子鏈中可增加鏈的內(nèi)旋阻力,從而提高材料的耐熱性。目前,NPMI主要用途是作為ABS耐熱改性劑,可以有效地改善ABS樹脂的耐熱性、加工性能、相容性和耐沖擊性能。另外,

2、NPMI還可用作PS、PMMA、PP、PVC等熱塑性塑料的交聯(lián)劑和耐熱改性劑。未見(jiàn)有NPMI改性熱固性樹脂和玻璃鋼的相關(guān)文獻(xiàn)和研究報(bào)導(dǎo)。作者首先綜述了N一苯基馬來(lái)酰亞胺的應(yīng)用及研究進(jìn)展(主要包括耐熱改性劑、光學(xué)原材料、醫(yī)藥中間體、防污劑等)、與乙烯基單體的共聚研究進(jìn)展(主要包括交替共聚、三元共聚、其他共聚等)、阻燃N一苯基馬來(lái)酰亞胺的研究進(jìn)展(主要包括應(yīng)用、合成等)、各種合成方法的優(yōu)缺點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外合成研究進(jìn)展(主要包括一步法、脫酸法、酯化法、共沸法、醋酐法等)。本論文以順丁烯二酸酐和苯胺為原料,以二甲苯和DMF的混合溶液作溶劑,苯醌

3、為阻聚劑,選擇醋酐法(兩步法)合成NPMI(N一苯基馬來(lái)酰亞胺)。產(chǎn)品通過(guò)紅外光譜、氣相色譜、核磁共振等進(jìn)行了表征。在合成N一苯基馬來(lái)酰亞胺的研究基礎(chǔ)上,對(duì)N一苯基馬來(lái)酰亞胺的應(yīng)用進(jìn)行了研究:與苯乙烯的共聚研究、改性不飽和聚酯樹脂研究、改性不飽和聚酯樹脂型玻璃鋼研究、在粉末消光樹脂中的應(yīng)用研究。對(duì)材料的耐熱性能、力學(xué)性能、微觀結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了表征和研究。研究了N一苯基馬來(lái)酰亞胺的Gaussian理論計(jì)算。主要研究結(jié)果如下:1.采用兩步法合成了NPMI(N一苯基馬來(lái)酰亞胺),以順丁烯二酸酐和苯胺為原料,二甲苯和DMF的混合溶液作溶劑,以

4、復(fù)配型催化劑(酸催化型)催化,產(chǎn)品收率可以達(dá)到90%,純度達(dá)到98.15%。合成N一苯基馬來(lái)酰亞胺的最佳工藝條件為:原料摩爾配比(苯胺:順酐)為l:1.2;溶劑(二甲苯:DMF)為20:l;初期反應(yīng)溫度為40~50℃,環(huán)化反應(yīng)溫度為135℃;環(huán)化時(shí)間為2h。反應(yīng)體系中過(guò)量的順丁烯二酸酐可以通過(guò)萃取的方法I四收利用。萃取溫度80℃左右,萃取水量約為過(guò)量順酐的5倍,順丁烯二酸爵f的【川收率可以達(dá)到80%。武漢理_下大學(xué)博士學(xué)位論文2.N一苯基馬來(lái)酰亞胺在苯乙烯中溶解度呈線性關(guān)系。5~35"C溫度范圍內(nèi),S=0.Olt;40一--60℃

5、溫度范圍內(nèi),S=0.42+0.022(t--40)。N一苯基馬來(lái)酰亞胺一苯乙烯沉淀聚合的最佳工藝條件為:乙醇作溶劑,引發(fā)劑濃度[BPO]=3X10~mol/L,單體濃度(單體摩爾比l:1)[NPMI+St]=0.7mol/L,聚合反應(yīng)溫度80℃,聚合反應(yīng)時(shí)間5h。轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到98%。NPMI—St共聚是按交替方式進(jìn)行的。3.首次將N一苯基馬來(lái)酰亞胺應(yīng)用于不飽和聚酯樹脂體系。N一苯基馬來(lái)酰亞胺的引入可以有效提高UP樹脂澆注體的耐熱性。NPMI用量在2~8%范圍內(nèi),可以將UP樹脂澆注體的熱變形溫度平均提高4~5℃。UP玻璃鋼的熱變形

6、溫度平均提高7~8℃。4.N一苯基馬來(lái)酰亞胺的引入對(duì)UP樹脂澆注體的力學(xué)性能有較大的影響。當(dāng)N一苯基馬來(lái)酰亞胺用量為2%時(shí),UP樹脂澆注體的拉伸強(qiáng)度最大提高了5.5%,達(dá)到67.3MPmN一苯基馬來(lái)酰亞胺改性UP玻璃鋼的拉伸強(qiáng)度值最大可以提高6%,達(dá)到261MPa。當(dāng)N一苯基馬來(lái)酰亞胺用量為6%時(shí),UP澆注體的沖擊強(qiáng)度最大提高了23%,達(dá)到8.6KJ/m2。NPMI改性UP玻璃鋼的沖擊強(qiáng)度值最大可以提高5%,達(dá)到310KJ/m2。5.首次將N一苯基馬來(lái)酰亞胺應(yīng)用于熱固性粉末涂料。引入N一苯基馬來(lái)酰亞胺的粉末消光樹脂的Tg控制在70

7、℃左右,甲基丙烯酸縮水甘油酯含量為20%時(shí),涂膜的表觀、附著力、光澤度均達(dá)到了無(wú)光粉末涂料的質(zhì)量要求,所制得的粉末涂料的涂膜性能最佳,涂膜附著力為l級(jí),光澤度(60。)只有4%。N一苯基馬來(lái)酰亞胺的引入提高了涂膜的耐熱老化性能。6.利用Gaussian03軟件的B3LYP/6—31G基組對(duì)N一苯基馬來(lái)酰亞胺和馬來(lái)酸酐單體的幾何構(gòu)型進(jìn)行了模擬和計(jì)算。對(duì)比研究了N一苯基馬來(lái)酰亞胺和馬來(lái)酸酐單體的原子電荷分布,N一苯基馬來(lái)酰亞胺的苯環(huán)和N原子對(duì)C--C雙鍵的影響并不明顯,反而對(duì)五元環(huán)上其他C原子、H原子和0原子有一定的影響。通過(guò)對(duì)N一苯

8、基馬來(lái)酰亞胺的Gaussian計(jì)算,驗(yàn)證了N一苯基馬來(lái)酰亞胺的紅外光譜和1HNMR的Gaussian計(jì)算值與實(shí)際測(cè)試值基本相符。熱性關(guān)鍵詞:N一苯基馬來(lái)酰亞胺;不飽和聚酯樹脂;復(fù)合材料:消光樹脂;耐武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文ABSTRACTN-phe

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