組成對(duì)SMA熱性能和熱分解行為的影響

黃秋芬 馮才敏 黃倩如 梁敏儀（順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院應(yīng)用化工技術(shù)系，廣東佛山，528333）

前言：

苯乙烯-馬來酸酐共聚物（SMA）是一類具有兩親結(jié)構(gòu)的高分子材料，具有良好的耐熱性能[1]，廣泛應(yīng)用于PC/ABS、PA/ABS之類的復(fù)合材料的增容劑[2-3]，作為粘膠劑的改性劑、地板拋光的乳化劑、紙張的表面施膠劑、水處理劑、環(huán)氧樹脂的固化劑等[4-5]。

材料在應(yīng)用時(shí)， 本身的熱穩(wěn)定性是很重要的一個(gè)方面，因此研究SMA 的組成對(duì)其熱穩(wěn)定性性能降解行為對(duì)研究其使用范圍和成型加工具有重要意義。

之前課題組對(duì)SMA 樣品的熱降解動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了相關(guān)的研究[6]；在此基礎(chǔ)上， 本論文選擇了不同組成的SMA 樣品，對(duì)它們進(jìn)行了熱性能和熱降解性能的研究。

一、實(shí)驗(yàn)

1.1、原料

苯乙烯-馬來酸酐共聚物（SMA），苯乙烯與馬來酸酐的比例分別為1∶1，2∶1和3∶1，編號(hào)分別為SMA1、SMA2 和SMA3， 由美國沙多瑪公司提供。

1.2、性能測試及表征

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測定： 樣品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）在美國TA 公司的Q100 型差示掃描量熱儀上測定，氣氛為高純氮?dú)?，流速?0ml/min。 熱分解行為測定：熱重分析（TG）在美國TA 公司的Q500 型熱重分析儀上進(jìn)行， 升溫速率分別為5、10、15 和20K/min， 測試溫度范圍為50～800℃，N2 的流量為40ml/min，每次實(shí)驗(yàn)稱取SMA 樣品約5mg。

二、結(jié)果與討論

2.1、SMA的DSC分析

圖1 是SMA 樣品的DSC 曲線，樣品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度列在圖中相應(yīng)的位置。從圖中可以看出，SMA 樣品均有明顯的玻璃化轉(zhuǎn)變； 隨著SMA 樣品中St 比例的增加，SMA 樣品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度逐漸下降；當(dāng)St∶MAH 的比例為1∶1 時(shí)，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到最大值，為154.4℃。 原因是MAH 是極性基團(tuán)，隨著St 比例的增加，SMA 樣品的極性下降；雖然St 具有體積大的苯基，有明顯的位阻作用， 但MAH 的極性對(duì)玻璃化轉(zhuǎn)變的影響比St 的位阻效應(yīng)更明顯。

2.2、SMA的TGA分析

圖2 是SMA 樣品的TGA 測試曲線， 表1 是由該TGA 曲線獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)。 從圖2 可以看出，隨著SMA 中苯乙烯比例的增加，SMA 樣品的初始降解溫度提高，T1%的溫度分別為181.0、190.7 和238.3℃；T50%和Tp 的溫度也隨著增加， 可見苯乙烯含量的增加可以改善SMA 的初始熱降解穩(wěn)定性， 提高其耐熱性能，這與苯乙烯的苯環(huán)結(jié)構(gòu)有關(guān)。同時(shí)，可以看出，SMA 中苯乙烯含量增加，樣品的殘余量反而下降，說明，馬來酸酐中的氧對(duì)穩(wěn)定殘?zhí)坑休^為明顯的作用。

2.3、SMA的熱降解動(dòng)力學(xué)分析

Kissinger 法是研究材料熱降解動(dòng)力學(xué)的常用方法之一[7-8]，通常根據(jù)多條DTG 曲線的峰值溫度TP 和測試時(shí)的升溫速率β 之間的關(guān)系求解動(dòng)力學(xué)參數(shù)。 Kissinger 表達(dá)式為：

注：β 升溫速率；TP 峰值溫度；A 為頻率因子；E 為活化能；R為理想氣體常數(shù)。

利用（1）式中l(wèi)g[β/TP2]對(duì)1/TP 作圖，即可得到一直線，斜率和截距分別為-E/2.303R 和lg[AR/E]可求出E 和A 值。

圖3 是以lg[β/TP2]對(duì)1/TP 所作的圖，表2 是根據(jù)圖4 計(jì)算得到的結(jié)果。 由表3 可以看出可知，隨著SMA 中苯乙烯含量的增加， 活化能從143.1 下降到136.2 和127.3 KJ·mol-1。 由此可見，苯乙烯含量增加。 SMA 樣品的總體耐熱性能下降。

三、結(jié)論

1）隨著SMA 樣品中，苯乙烯含量的增加，樣品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下降；

2）SMA 樣品中苯乙烯能改善樣品的初始分解溫度， 但是不能促進(jìn)成炭；

表1 SMA 的TGA 分析結(jié)果

表2 材料的Kissinger 動(dòng)力學(xué)結(jié)果

3）SMA 樣品的熱降解活化能隨著苯乙烯含量的增加而略有下降。

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