组成对SMA热性能和热分解行为的影响

黄秋芬 冯才敏 黄倩如 梁敏仪（顺德职业技术学院应用化工技术系，广东佛山，528333）

前言：

苯乙烯-马来酸酐共聚物（SMA）是一类具有两亲结构的高分子材料，具有良好的耐热性能[1]，广泛应用于PC/ABS、PA/ABS之类的复合材料的增容剂[2-3]，作为粘胶剂的改性剂、地板抛光的乳化剂、纸张的表面施胶剂、水处理剂、环氧树脂的固化剂等[4-5]。

材料在应用时， 本身的热稳定性是很重要的一个方面，因此研究SMA 的组成对其热稳定性性能降解行为对研究其使用范围和成型加工具有重要意义。

之前课题组对SMA 样品的热降解动力学进行了相关的研究[6]；在此基础上， 本论文选择了不同组成的SMA 样品，对它们进行了热性能和热降解性能的研究。

一、实验

1.1、原料

苯乙烯-马来酸酐共聚物（SMA），苯乙烯与马来酸酐的比例分别为1∶1，2∶1和3∶1，编号分别为SMA1、SMA2 和SMA3， 由美国沙多玛公司提供。

1.2、性能测试及表征

玻璃化转变温度测定： 样品的玻璃化转变温度（Tg）在美国TA 公司的Q100 型差示扫描量热仪上测定，气氛为高纯氮气，流速为50ml/min。 热分解行为测定：热重分析（TG）在美国TA 公司的Q500 型热重分析仪上进行， 升温速率分别为5、10、15 和20K/min， 测试温度范围为50～800℃，N2 的流量为40ml/min，每次实验称取SMA 样品约5mg。

二、结果与讨论

2.1、SMA的DSC分析

图1 是SMA 样品的DSC 曲线，样品的玻璃化转变温度列在图中相应的位置。从图中可以看出，SMA 样品均有明显的玻璃化转变； 随着SMA 样品中St 比例的增加，SMA 样品的玻璃化转变温度逐渐下降；当St∶MAH 的比例为1∶1 时，玻璃化转变温度达到最大值，为154.4℃。 原因是MAH 是极性基团，随着St 比例的增加，SMA 样品的极性下降；虽然St 具有体积大的苯基，有明显的位阻作用， 但MAH 的极性对玻璃化转变的影响比St 的位阻效应更明显。

2.2、SMA的TGA分析

图2 是SMA 样品的TGA 测试曲线， 表1 是由该TGA 曲线获得的相关数据。 从图2 可以看出，随着SMA 中苯乙烯比例的增加，SMA 样品的初始降解温度提高，T1%的温度分别为181.0、190.7 和238.3℃；T50%和Tp 的温度也随着增加， 可见苯乙烯含量的增加可以改善SMA 的初始热降解稳定性， 提高其耐热性能，这与苯乙烯的苯环结构有关。同时，可以看出，SMA 中苯乙烯含量增加，样品的残余量反而下降，说明，马来酸酐中的氧对稳定残炭有较为明显的作用。

2.3、SMA的热降解动力学分析

Kissinger 法是研究材料热降解动力学的常用方法之一[7-8]，通常根据多条DTG 曲线的峰值温度TP 和测试时的升温速率β 之间的关系求解动力学参数。 Kissinger 表达式为：

注：β 升温速率；TP 峰值温度；A 为频率因子；E 为活化能；R为理想气体常数。

利用（1）式中lg[β/TP2]对1/TP 作图，即可得到一直线，斜率和截距分别为-E/2.303R 和lg[AR/E]可求出E 和A 值。

图3 是以lg[β/TP2]对1/TP 所作的图，表2 是根据图4 计算得到的结果。 由表3 可以看出可知，随着SMA 中苯乙烯含量的增加， 活化能从143.1 下降到136.2 和127.3 KJ·mol-1。 由此可见，苯乙烯含量增加。 SMA 样品的总体耐热性能下降。

三、结论

1）随着SMA 样品中，苯乙烯含量的增加，样品的玻璃化转变温度下降；

2）SMA 样品中苯乙烯能改善样品的初始分解温度， 但是不能促进成炭；

表1 SMA 的TGA 分析结果

表2 材料的Kissinger 动力学结果

3）SMA 样品的热降解活化能随着苯乙烯含量的增加而略有下降。

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