摘 要

PMMA是一种性能优秀的合成透明高分子材料，通常被称为有机玻璃。它具有许多优点，但耐磨性差、耐热性差等不足之处，限制了其应用。目前主要通过将PMMA与无机相复合来提高其热学性能，研究较多的是SiO₂/PMMA复合材料。但由于复合界面相容性问题，改性效果往往不佳。为了避免复合界面相容性问题及实现反应可控，本文采用RAFT方法制备PMMA-PTMSPMA共聚物，直接引入无机Si原子以-Si-(O-CH₃)₃实现交联，以提高PMMA的耐温性与温度性能。

本文对RAFT方法制备PMMA-PTMSPMA共聚物反应动力学进行了研究，并且制备了PMMA-SiO₂薄膜，研究了Si-O交联键引入对PMMA膜光学与热稳定性的影响。反应动力学研究结果表明，RAFT方法成功实现了对MMA与TMSPMA合成共聚物反应的可控，反应过程中单体转化率与反应时间成线性关系，MMA与TMSPMA两种单体具有相同的聚合反应速率，反应过程中分子量分布较窄。随着硅含量的提高，PMMA-SiO₂薄膜透过率增大，杂化材料的起始分解温度由纯PMMA的190℃左右提高到270℃左右，耐热性能得到提高。

关键词：PMMA，共聚物，RAFT，杂化材料，反应动力学

Abstract

Polymethyl methacrylate (PMMA), commonly known as plexiglass, is an synthetic transparent polymer material with excellent performance. It has many advantages, but the application is limited by its poor abrasion resistance and poor heat resistance. At present, it is mainly through the combination of PMMA and inorganic phase to improve its thermal performance. SiO₂/PMMA composites has been studied by many researchers. However, the modification effect is often not good due to the compatibility problem of the composite interface. In order to avoid the problem of compound interface compatibility and realize the control of the reaction, we use RAFT polymerization to prepare PMMA-PTMSPMA copolymer, polymerized by γ-( Methacryloxy propyl) trimethoxy Silane and PMMA, to improve the temperature resistance and temperature performance of PMMA by addition of inorganic Si atom which exist as -Si-(O-CH₃)₃.

We study the kinetics of reaction in preparation of PMMA-PTMSPMA copolymer via RAFT polymerization. We prepared PMMA-SiO2 thin films and study the effect of Si-O cross link on the optical and thermal stability of PMMA films. The thermal stability and optical properties were tested. The study of reaction kinetics shows that the monomer conversion rate and the reaction time are linear, and the MMA and TMSPMA have the same rate of polymerization, and the molecular weight distribution is narrow in the reaction process. With the increase of silicon content, the transmittance of PMMA-SiO₂ thin film increases, and the initial decomposition temperature of hybrid material is increased from 190°C to 270°C, and the heat resistance of pure PMMA is improved.

Keywords: PMMA, copolymer, RAFT, hybrid material, reaction kinetics

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第1章 绪论 1

1.1 PMMA材料介绍 1

1.1.1PMMA的结构及基本性质 1

1.1.2 PMMA的主要性能 1

1.1.3 PMMA的改性研究现状 2

1.2可逆加成-断裂链转移聚合（RAFT） 3

1.2.1 活性自由基聚合简介 3

1.2.2 RAFT聚合机理 3

1.2.3 RAFT试剂 4

1.2.4 RAFT方法的优缺点 5

1.2.5 RAFT方法在制备聚合物方面的应用 5

1.3 本文研究目的及研究内容 6

1.3.1 研究目的 6

1.3.2 研究内容 7

第2章 PMMA-PTMSPMA共聚物的制备及表征 8

2.1 实验药品与仪器 8

2.1.1 实验药品 8

2.1.2 实验仪器 8

2.2 制备工艺路径 8

2.3 表征方法 10

2.3.1 核磁共振 10

2.3.2 凝胶渗透色谱 11

2.4本章小结 11

第3章 PMMA-PTMSPMA共聚物反应动力学研究 12

3.1 单体转化率随时间关系 12

3.2 分子量分布随时间关系 14

3.3本章小结 17

第4章 PMMA-SiO₂薄膜光学与热学性能 18

4.1 薄膜制备与表征 18

4.1.1 PMMA-SiO₂薄膜的制备 18

4.1.2 PMMA-SiO₂热学性能表征 21

4.1.3 PMMA-SiO₂透光性能表征 21

4.2 PMMA-SiO₂热学性能分析 21

4.3 PMMA-SiO₂透光性能分析 23

4.4 本章小结 23

第5章 结论和展望 24

5.1 结论 24

5.2 展望 24

参考文献 25

致 谢 27

绪论

PMMA材料介绍

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），是由甲基丙烯酸甲酯（MMA）聚合得到的一种热塑性塑料，通常被称为有机玻璃。PMMA是一种光学性能十分优秀、被广泛使用的透明高分子材料，在合成透明高分子材料中具有重要地位。PMMA有许多优秀的性质，比如透光性能十分出色，具有优秀的力学性能、可加工性及介电性能等。由于这些优点，PMMA广受人们的青睐，并在诸多领域中发挥作用。与PMMA在国外高端市场中的表现相比，目前PMMA在国内的消费集中在普通生活用品、装饰灯具等中低端市场。不过随着产业发展，PMMA用量需求将大幅度增加，产品也将逐渐与欧美国家缩小差距，扩展到高端领域，具有广阔的应用前景^[1]。

1.1.1PMMA的结构及基本性质

PMMA是由MMA单体聚合得到的，聚合反应时丙烯基中C=C双键断开完成聚合，图1.1显示了PMMA的结构式。