摘 要

自上世纪六十年代以来，等离子体技术发展迅速，尤其在研究应用方面，等离子体化学技术中的等离子体引发聚合已是万众瞩目。本文介绍了低温等离子体的产生及其应用，等离子体引发聚合的定义与特点，影响因素以及研究产物应用状况。本课题运用射频（RF）放电,使甲基丙烯酸甲酯（MMA）由等离子体引发进行本体聚合。使用傅里叶红外光谱（FTIR）与核磁共振（NMR）进行表征分析，确定产物为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。探究了聚合动力学,表明等离子引发聚合的活性种具有长寿命性质，并且分子量随转化率升高而线性提高，分子量分布宽度在1.235-1.447。反应时间、引发功率以及单体浓度很容易影响转化率。转化率随引发功率先增后减，当引发功率大于90W以后会下降。聚合速率随单体浓度先增后减，在40%的单体浓度时达到峰值。

关键字： 等离子体 等离子体引发聚合 甲基丙烯酸甲酯 转化率

Polymerization kinetics of acrylate monomer initiated by plasma

Abstract

The plasma technolony has prospered grately especially in the application aspect during recent 60 years. Plasma-induced polymerization in plasma chemistry has attracted much attention. This paper introduces the generation and application of low temperature plasma, the definition and characteristics of plasma initiated polymerization, influencing factors and application status of research products. This topic uses radio frequency (RF) discharge to cause methyl methacrylate (MMA) to be bulk-polymerized by plasma. Characterization analysis was performed using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and nuclear magnetic resonance (NMR) to confirm that the product was polymethyl methacrylate (PMMA). The kinetics of polymerization was investigated. The results showed that the active species of plasma-initiated polymerization had a long life and the molecular weight increased linearly with the increase of conversion. The molecular weight distribution width was 1.235-1.447. The reaction time, the initiation power and the monomer concentration can affect the conversion rate easily. The conversion rate increases firstly and then decreases with the initiation power, and decreases when the initiation power is greater than 90W. The rate of polymerization increases firstly and then decreases with monomer concentration and peaks at 40% monomer concentration.

Key Words: Plasma; Plasma initiated polymerization; Methyl methacrylate; Conversion rate

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2等离子体概述 1

1.2.1定义及分类 1

1.2.2低温等离子体的产生与应用 2

1.3等离子体引发聚合 3

1.3.1定义 3

1.3.2特点 3

1.3.3影响因素 4

1.3.4研究产物应用状况 5

1.4本研究目的和内容 6

第二章 实验部分 7

2.1实验设备与药品 7

2.2实验方案 7

2.2.1实验步骤 7

2.2.2数据处理 8

第三章 结果与讨论 9

3.1聚合动力学 9

3.2分子量与分子量分布 10

3.3等离子体功率与转化率 10

3.4单体浓度与聚合速率 11

3.5红外分析 12

3.6核磁分析 13

第四章 总结 14

参考文献 15

致谢 17

第一章 绪论

1.1引言

事实上，在19世纪初，人们察觉试管中的放电会在电极和玻璃管的壁上生成油性或类似聚合物的物质，但当时的产物被认为是无意义的副产物而欠缺注意。20世纪60年代，人们第一次发现辉光放电能引发单体形成聚合物，一些出色的性能皆在该类聚合物上呈现，例如等离子聚合物薄膜具有化学和热稳定性、无针孔、不溶于有机溶剂等。从那时起，等离子体化学技术才被接受，且其越来越广泛应用于高分子科学^[1]。

20世纪中到21世纪的今天，人们辛劳之下，在等离子体化学技术方面已经出现了主要的三大领域。这三大领域分别是等离子体聚合与等离子体引发聚合，以及对高分子材料进行的表面改性^[2]。等离子引发聚合在广大研究学者不辞辛苦努力下，不仅复合材料、膜性能、电性能和生物医学性质等多个方面慢慢吸纳了它，而且随着研究工作的深入，已经发现这种等离子体引发的聚合在新功能高分子的合成中也非常有吸引力。

1.2等离子体概述

1.2.1定义及分类

等离子体，独特的存在让其有不同的名称，有称“电液”，也有的为“电浆体”或者“超气态”。当液态物质被源源不断加以能量，物质转变为气态之后，再不停地供给能量。物质内的每一个原子中的电子的动能，都开始超过原子本身的电离能时，那么电子将会因为其本身摆脱电子的束缚获得自由电子，并且原子中的全部电子将会损失，因此变成带正电的离子。对于气体电子来说，被电离的数目在达到一定值后，电离气体则会发生质的改变，与原始气体不再相同。此时的电离气体转化为新的状态，等离子体态。时至今日，我们很多对于等离子体初认识的人来说，“等离子体”这个词好比一个陌生人，其实等离子现象在我们生活中也并不稀少。在晚上绚丽多彩的霓虹灯，南北两极可看到的美丽极光( Aurora)则是我们现实生活中能见到的等离子体现象。太阳由于内部极高的温度与压力，而不断发生聚变核反应，也就是说太阳本质上就是由等离子体组成的，可称为火球的球体。就浩瀚的宇宙而言，等离子体态是普遍存在的形式^[3,4]。

无论从性质的角度出发，还是从物质组成的角度出发，20世纪才被人们发现的等离子体，与气、液、固三态相比有着本质的区别。第一，用气体体积作为基准，能与之相比拟的宏观尺度下，整体上等离子体作为导电流体，表现为近似电中性；第二，作用在构成粒子之间的力是不同的，在研究下不难发现净电磁力在气体粒子之间无法被检测出，但库仑力能在等离子体中的带电粒子之间检测出来^[2]；第三，作为带电粒子系统这一角色的等离子体，致使电磁场影响和约束了它的运动行为 ^[5]。