乙烯基单体光聚合动力学与光固化流变行为

概述了光引发体系、光照强度、单体平均官能度、液晶含量、反应温度、助剂等对乙烯基单体/液晶混合物光聚合动力学及光固化流变行为的影响.在染料和胺组成的二元Ⅱ型(夺氢型)光引发体系中,引入适当的第三组分能显著提高反应速率和转化率;增加光照强度和升高温度也能显著提高反应速率和转化率.随着单体平均官能度的增加,体系的反应速率和转化率呈现先增加后降低的趋势.对于I型(裂解型)光引发剂,液晶含量增加,单体反应速率降低,但转化率基本不变;但对于Ⅱ型光引发剂,液晶含量增加能大幅提高单体反应速率和转化率.加入使体系黏度降低的助剂也能提高体系的反应速率和转化率.在体系相同、温度固定的条件下,反应速率越高,凝胶化时间越短;相同体系,温度升高,凝胶化时间提前;相同温度下,单体官能度愈高,体系凝胶时间亦愈短.     

全息聚合物分散液晶的结构调控与性能

全息聚合物分散液晶(HPDLCs)是由富聚合物相与富液晶相周期性排列而成的结构有序高分子复合材料.HPDLCs通过单体/液晶复合体系的光聚合诱导相分离而形成,如何调控并定量化描述复合体系的光聚合反应动力学、凝胶化行为和相分离程度,进而获得结构规整、电光性能优异的HPDLCs是关键难题.专论概述了光引发体系、单体结构、纳米无机材料掺杂对HPDLCs结构及性能的影响.光引发阻聚剂通过引发和阻聚的竞争与协同,降低了光聚合反应速率、延迟了凝胶时间,促进形成衍射效率达90%的HPDLCs.超支化单体降低了复合体系黏度和光聚合反应速率,延迟了凝胶时间,促使形成衍射效率达94%、具有一维光子晶体结构的HPDLCs.丙烯酰胺单体优化了相分离结构,将HPDLCs的衍射效率提升至98%.纳米硫化锌掺杂在保持规整结构和高衍射效率的同时,大幅降低了HPDLCs的驱动电压.研究还确定了HPDLCs的相分离程度与凝胶时间的函数关系.构建兼具高衍射效率与低驱动电压的HPDLCs,推进其在彩色3D图像存储等领域的应用仍是重要课题.     

丙烯酸酯/液晶复合体系的光聚合动力学

采用光差示扫描量热分析,研究了以2, 4, 6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(TPO)为光引发剂、丙烯酸异辛酯(EHA)和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTA)为单体、液晶为P0616A的丙烯酸酯/液晶复合体系在-40~80℃的光聚合动力学。研究表明：丙烯酸酯/液晶复合体系光聚合的自动加速现象非常显著,聚合反应速率和表观动力学常数在聚合过程中均存在最大值。随着反应温度的提高,体系的最终转化率、最大聚合反应速率(Rpmax)均明显提高,当反应温度高于20℃后,其增长均趋于平缓。随着体系中液晶含量的增加,体系的Rpmax呈下降趋势,体系的聚合反应转化率随时间的增长速率较慢,但是最终转化率差别不大,均接近80%。随着UV光强的增高,体系的Rpmax和最终转化率均明显提高, 体系的阈值光强约为4 mw/cm2。而随着体系平均官能度的增加,体系的Rpmax和最终转化率则呈下降的趋势。     

超支化聚硅氧烷的紫外光固化行为及固化动力学研究

采用等温差示光量热技术(DPC)研究了超支化聚硅氧烷的紫外光固化行为及固化动力学. 探索了引发剂浓度、 光强度、 聚合温度和环境气氛对固化行为的影响规律. 研究结果表明, 增加光引发剂浓度和光强度及提高环境温度均可提高其固化速率和双键最终转化率. 在空气中固化时存在氧阻聚现象, 增大光强度可以显著缩短诱导期. 运用带扩散因子的自催化固化动力学模型研究了其光固化动力学, 计算出特定条件下的光固化动力学参数, 反应总级数约为6—7, 表观活化能为9.95 kJ/mol. 通过超支化聚合物与两种结构类似的低官能度单体光固化行为的对比, 研究了超支化聚合物固化行为与其分子结构的关系, 发现由于超支化大分子的独特结构, 在固化初始阶段便产生凝胶, 因此双键的最终转化率偏低.     

ACPMA/BPO引发甲基丙烯酸甲酯聚合及其动力学

以4,4′-偶氮二[4-氰基戊酰(对-二甲氨基)苯胺](ACPMA)/过氧化二苯甲酰(BPO)为氧化还原引发体系,研究了甲基丙烯酸甲酯(MMA)在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中的聚合及其动力学行为.考察了聚合反应温度、单体浓度、ACPMA浓度和BPO浓度对聚合反应速率和聚合物分子量的影响,测定了反应级数和聚合反应的活化能.结果表明,在一定范围内,聚合反应速率随单体浓度增大、ACPMA浓度增大、BPO浓度增大和反应温度的升高而增大;聚合物分子量随单体浓度的增大而增大,随ACPMA浓度的增大、BPO浓度增大和反应温度的升高而降低.该体系具有氧化还原引发体系的特征,其引发MMA的聚合速率方程为Rp=K[ACPMA]0.57     

适用于高空间频率透射式全息聚合物分散液晶光栅的材料研究

提出了适用于空间频率为3000 lp/mm的透射式全息聚合物分散液晶(HF-THPDLC)光栅的材料体系,并在反应动力学方面进行了深入的分析.为了能够得到高衍射效率并具有良好表面形貌的HF-THPDLC 光栅,首先确定了体系的平均官能度,使得预聚单体和液晶的扩散时间、液晶的成核时间以及于聚合物的凝胶时间达到最佳匹配状态...     

AB_g型超支化聚合反应中的环化效应

研究了ABg型超支化聚合反应中的环化效应,给出高分子代数生长的微分动力学方程,并通过环化反应的内在特征确定了环化反应与分子间反应的速率常数.进而利用Monte Carlo模拟方法得到了树状高分子和含环高分子的数量、环的尺寸分布以及高分子数均和重均分子量等,讨论了环化效应对聚合体系平均特征的影响.结果表明,环化效应取决于单体体积分数、溶剂效应和官能度之间的协同作用,其中单体的体积分数在环化反应中起着主导作用,而溶剂效应和官能度之间则相互竞争.     

巯基/乙烯基硅氮烷紫外光固化的研究

利用原位红外跟踪技术和光-示差扫描量热技术研究了不同类型多官能巯基化合物与乙烯基硅氮烷的紫外光聚合动力学过程.结果表明,巯基化合物官能度越高,聚合反应速率越高,但最终转化率越低.巯基丙酸酯类化合物比烷基硫醇类化合物更易与乙烯基硅氮烷反应.在较低温度下,反应温度对聚合反应的影响较弱,反应活化能约为2.3kJ/mol,而较高反应温度下反应速率偏离Arrhenius方程.     

双金属催化环氧化物聚合动力学研究

研究了双金属氰化络合催化剂DMC催化环氧丙烷聚合的动力学 .用测定反应过程体系压力变化来决定聚合的起始速率 ,发现聚合反应速率正比于催化剂用量C ,单体浓度M的平方 .该实验规律可以从单体参与链引发的动力学特点解释 .考察了温度对聚合反应速率的影响并求得了表观活化能为 5 9 1kJ·mol- 1 ,该值与环氧聚合的卟啉铝、稀土络合物等催化体系接近 .     

FeBr3/Me6TREN催化MMA反向原子转移自由基聚合研究

对FeBr3/Me6TREN催化的反向原子转移自由基聚合进行了研究.在不同的催化剂、引发剂的配比、聚合温度和配体用量等条件下,该催化体系催化的MMA聚合反应动力学为一级反应,聚合物分子量可控,分子量分布很窄,说明该体系催化的聚合反应为活性可控聚合.通过实验计算了反应的活化能,并利用UV光谱对催化剂进行了研究.     

二芳酮-可聚合胺紫外光引发1,6-己二醇二丙烯酸酯聚合的动力学研究

用Photo-DSC(光差热扫描)研究了一种可聚合胺助引发剂乙二醇-3-吗啡啉丙酸酯甲基丙烯酸酯(EGMPM)分别与二苯甲酮(BP)、4-(4-甲苯硫基苯基)苯基甲酮(BMS)、4-氯二苯甲酮(CBP)、4-氯甲基二苯甲酮(CMBP)、4-羟甲基二苯甲酮(HMBP)等二芳酮组成的光引发体系引发以1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)为单体的紫外光聚合动力学.考察二芳酮质量分数、聚合温度、光照强度对其光聚合动力学影响,并评价其引发效果;同时计算出了EGMPM/BP引发HDDA聚合体系的活化能.结果表明,二芳酮的质量分数增加时,反应达到最大反应速率的时间减少,单体的转化率也相应增加,单体聚合速率相应增大;相同质量分数(0.1%)的不同二芳酮,BMS体系达到最大反应速率的时间最短,单体转化率也最高;随着温度和光强的增加,单体最终转化率、最大反应速率增大,达到最大反应速率所需的时间减少.     

反应型受阻胺-4-丙烯酰胺基-2,2,6,6-四甲基哌啶(AATP)熔融本体光聚合反应动力学研究

合成了反应型受阻胺4-丙烯酰胺基-2,2,6,6-四甲基哌啶(AATP),用FTIR、¹H-NMR和元素分析对其结构和组成进行了综合表征.以AATP为聚合单体,利用光-DSC技术研究了AATP熔融本体光聚合反应动力学.结果表明:AATP光聚合的诱导时间随引发剂浓度和辐照光强增加而缩短,光聚合速率随温度的升高而减小;在聚合初期,AATP光聚合速率分别与引发剂浓度和辐照光强的平方根呈较好的线性增长关系.并用稳态和非稳态相结合的光-DSC方法测定了AATP光聚合过程的动力学参数:链增长速率常数k_p=2.22-7.96×10²L/mol·s、链终止速率常数k_t=0.08-2.67×10⁴L/mol·s、表观活化能为E_p-E_t/2=-7.70-13.36kJ/mol、指前因子A_p/A_t^0.5=0.076-0.333(L/mol·s)0.5,k_p和k_t在聚合初期均随单体转化率的提高而增大,但kt增加的幅度远大于k_p.     

负载双核茂金属催化剂催化乙烯聚合反应动力学研究

以SiO2为载体,制备了负载的双核茂金属[（η5-C5H5）Zr Cl2]2[μ,μ-（SiMe2）2（η5-allyl C5H2）2]/MAO/SiO2催化剂,以己烷为溶剂进行了淤浆条件下乙烯聚合反应,研究了扩散因素、乙烯聚合压力和聚合温度对乙烯淤浆聚合动力学参数的影响,测定了聚合反应级数和表观活化能,采用动力学和相对分子质量法计算了负载催化剂的活性中心浓度,并对链增长速率常数等动力学参数进行了计算.结果表明,以负载双核茂金属催化剂催化乙烯淤浆聚合反应速率对单体浓度呈1.11级依赖,反应活化能Ea为72.47 kJ/mol,活性中心浓度C＊为0.33 mol/mol,链增长速率常数Kp为1.06×106L.（mol.h）-1.     

聚合物分散液晶(PDLC)材料的光聚合反应

以Ar+激光器为光源, 采用虎红、 N-苯基甘氨酸、二季戊四醇羟基五丙烯酸酯和乙烯基吡咯烷酮分别作为光引发剂、共引发剂、预聚物和稀释剂, 与液晶材料TEB30A结合, 通过光聚合反应, 制备了聚合物分散液晶(PDLC), 用紫外光谱和荧光光谱对其反应机理进行了分析. 实验结果表明, PDLC是通过光引发剂吸收光子能量后与共引发剂相互作用, 形成自由基中间体并引发聚合反应, 使预聚物与液晶产生相分离形成的.     

二苯酮-可聚合胺引发1,6-己二醇二丙烯酸酯的光聚合研究

以UV-Vis分光光度计法和Photo-DSC法分别研究了合成的3种可聚合胺类助引发剂DMPDA、EGDPM、EGMPM与二苯甲酮(BP)组成的引发体系的光化学初级过程及引发1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)的紫外光聚合动力学.考察了助引发剂胺的含量对BP的光化学初级过程和对引发HDDA光聚合动力学的影响,以及光强和温度对聚合动力学的影响.结果表明,随着胺含量的增加,BP的光化学初级反应速率增加,从而使体系的聚合反应速率增加.随着温度和光强的增加,单体最终转化率、最大反应速率增大,达到最大反应速率所需的时间减小.     

过氧化氢的热分解及其引发丙烯腈聚合反应的研究

本文研究了过氧化氢在二甲基甲酰胺中的热分解反应,测定了不同温度下的分解速率常数和表现活化能。同时研究了过氧化氢引发丙烯腈的聚合反应,确定了聚合动力学方程。     

基于偶氮液晶的PDLC膜光调制研究

采用聚苯乙烯和光敏混合向列液晶(5CB＋BMAB), 通过溶剂引发相分离制备了聚合物分散液晶膜(PDLC). 利用偶氮液晶的光致相变, 实现了聚合物分散液晶薄膜的光控开关. 实验结果表明, 在PDLC膜内部液晶微球中, 液晶分子呈双极形分布. 其光控温度区间19～36 ℃之间. 以360 nm附近紫外光照射之后, PDLC膜的最大透光率从6%增加到93%. 在相同的工作距离下, 光调制的时间与PDLC膜内部微孔直径相关. 在相同的液晶浓度下, 直径越小, 调制时间越长.     

新型含硅聚芳醚酮的合成与表征

对FeBr3／Me6TREN催化的反向原子转移自由基聚合进行了研究。在不同的催化剂、引发剂的配比、聚合温度和配体用量等条件下，该催化体系催化的MMA聚合反应动力学为一级反应。聚合物分子量可控，分子量分布很窄，说明该体系催化的聚合反应为活性可控聚合，通过实验计算了反应的活化能，并利用UV光谱对催化剂进行了研究。     

含芳酰胺结构的新型甲壳型液晶高分子PMPACS的聚合反应动力学研究

采用称量法和GPC,研究了以二甲基乙酰胺为溶剂,偶氮二异丁腈为引发剂,自由基溶液聚合制备含芳酰胺结构的新型甲壳型液晶高分子聚[乙烯基对苯二甲酸二(4-甲氧基苯胺)](PMPACS)的聚合反应动力学.研究发现,(1)MPACS的聚合反应在60℃时主要为双基偶合终止,所以反应后期聚合物分子量明显增大,分子量分布变窄;(2)该反应的聚合反应速率方程为Rp=kp[M][I]1/2,表观活化能Eα=44 kJ/mol,在60℃时的聚合反应常数kp=1.04 L·mol-1·h-1;(3)相同聚合条件下,单体的转化率和数均分子量随单体初始浓度[M]0的增加而增大,当引发剂浓度[I]0增加时,聚合物的分子量随之降低,分子量分布增大;(4)该研究虽采用普通自由基聚合,所得聚合物的分子量分布却较窄,仅为1.1～1.4.     

不同醇对聚合物分散液晶光聚合动力学及其电光特性的影响

以丙烯酸-2-乙基己酯(EHA)、二甲基丙烯酸乙二酯(EDMA)/季戊四醇四丙烯酸酯(PETTA)为混合单体、液晶P0616A为液晶相、Irgacure 184为光引发剂,通过UV光引发制备了聚合物分散液晶(PDLCs),研究了不同烷基链长醇,即乙醇(EtOH)、正丁醇(nBA)、正己醇(nHA)、正辛醇(nOA)和正十四醇(nTA)对体系光聚合动力学及其PDLCs液晶相变温度及电光特性的影响.结果表明引入醇分子显著加快了丙烯酸酯/液晶复合体系的光聚合反应速率,提高了单体的最终转化率,其中以正丁醇体系最为明显.随着醇分子烷基链的增长,体系的转化率趋于降低,但依然明显高于不含醇的体系.醇分子的加入降低了PDLCs中液晶相的TNI,且随着醇分子烷基链长的增长,PDLCs液晶相的TNI总体上呈降低的趋势.醇分子的加入增加了PDLCs液晶微区中向列相液晶的含量,而含正丁醇和正十四醇的体系液晶微区中向列相液晶低于其它3个含醇体系.醇分子的加入明显降低了PDLCs的阈值电压和饱和电压以及对比度.结合体系的光聚合速率和单体转化率,正丁醇是改善PDLCs性能的最佳选择.