紫外光辐照极性分子接枝聚乙烯反应的理论研究

发布时间：2020-05-25 09:42

【摘要】：交联聚乙烯绝缘材料因具有优异的电气和机械性能,已成为高压绝缘电缆中应用最广泛的高分子材料。然而,在直流电场中,交联聚乙烯绝缘材料基体存在空间电荷积累的问题,使高压直流电缆额定电压等级的提高受到限制。深入研究和解决抑制空间电荷积累问题已经成为交联聚乙烯绝缘材料发展领域需要重点攻克的难题。本文通过对极性分子接枝聚乙烯反应进程的理论研究,在原子和分子层面揭示了紫外光辐照条件下,含有极性官能团的分子接枝到聚乙烯分子链的反应行为,成功地解释了极性分子接枝聚乙烯抑制空间电荷的实验现象,明晰了极性分子接枝聚乙烯反应机理,为下一步交联聚乙烯空间电荷抑制剂的筛选和设计提供了可靠的理论基础。本文利用Gaussian 09程序,应用密度泛函理论,在B3LYP/6-311+G(d,p)水平下,对制备交联聚乙烯的树脂和助剂材料(包括交联聚乙烯模型化合物、光引发剂二苯甲酮、受阻酚抗氧化剂、稳压剂、交联剂和空间抑制剂)及反应通道的稳定点几何结构进行了优化,在相同水平下,计算了稳定点的简谐振动频率。获得了稳定点的电离势、电子亲和能和HOMO-LUMO能隙数据。采用含时密度泛函理论,计算了马来酸酐、马来酰亚胺和双马来酰亚胺的激发态(S_1,S_2和S_3)能量。应用自然键轨道理论,获得了双马来酰亚胺的电荷分布。获得了紫外辐照条件下极性分子马来酸酐、马来酰亚胺及双马来酰亚胺接枝聚乙烯的反应势能面信息。研究结果表明,在紫外光辐照聚乙烯过程中,马来酸酐接枝聚乙烯的反应是由处于激发三线态的二苯甲酮引发,处于激发三线态的二苯甲酮还能够敏化马来酸酐,使马来酸酐处于激发三线态,完成马来酸酐接枝聚乙烯的反应。通过对计算的马来酰亚胺及其衍生物的激发态能量分析可知,研究的马来酰亚胺及其衍生物不需要光引发剂的引发,能够被紫外光直接激发到它的激发的单线态,通过系间窜越到它的激发的三线态,完成马来酰亚胺及其衍生物接枝聚乙烯的反应。在接枝极性分子的交联聚乙烯体系中,极性分子含有羰基,能够抑制空间电荷的聚集。此外,由于双马来酰亚胺具有两个乙烯基,两端的乙烯基都可以接枝到聚乙烯分子链上,因此,双马来酰亚胺在作为空间电荷抑制剂的同时,还可以作为聚乙烯交联的交联剂。极性分子接枝聚乙烯反应势能面信息的获得,能够为进一步研发交联聚乙烯绝缘材料、优化紫外光辐照交联工艺、推动特高压直流电缆产业化提供理论基础。
【图文】：

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【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ325.12

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本文编号：2679960