磺化含氟杂环聚芳醚的合成与表征

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近年来,5G通讯、清洁能源和信息工程等领域蓬勃发展,对材料性能不断提出新的要求,因此,开发出能够应用于特定领域的高性能高分子材料具有极大的研究价值。聚四氟乙烯(PTFE)的开发使含氟聚合物以高化学稳定性和热稳定性引起研究人员的广泛关注。自此,含氟聚合物得到极大的发展,各类含氟聚合物被研制出来。含氟聚芳醚是采用C-F键部分取代聚芳醚中C-H键的一类高性能聚合物,强极性氟原子的引入使含氟聚芳醚具有优异的的热稳定性、化学稳定性及高机械强度等优异性能,被广泛应用于汽车、航天航空、生物医药等领域,因此备受研究人员的关注。本文以4-(4-羟基苯基)-2,3-二氮杂萘酮(DHPZ)、4,4’-双(三氟乙烯基氧基)联苯(TFVE-DTB)为原料,通过逐步聚合反应,合成含氟乙基醚杂萘联苯聚芳醚(PPFEE),并对PPFEE进行磺化改性,制备出磺化含氟乙基醚杂萘联苯聚芳醚(SPPFEE)。对聚合物的结构与性能进行表征,PPFEE特性粘度为1.03 d L/g,玻璃化转变温度为189℃,5%热失重温度(Td5)为358℃,具有优异的热性能;SPPFEE的离子交换容量在0.75-1.62 mmol/g之间,Td5高于252℃;PPFEE和SPPFEE可溶于二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)等溶剂。为进一步提高磺化聚合物的热稳定性,对DHPZ进行氟烷基化及消去反应制备新型三氟乙烯基芳基醚单体(TFVE-DTD),后与TFVE-DTB聚合制备一系列全氟环丁基杂萘联苯聚芳醚(PFCB-B-Ds),并对PFCB-B-Ds进行磺化改性,制备出磺化全氟环丁基杂萘联苯聚芳醚(SPFCB-B-Ds)。对聚合物的结构及性能进行表征,PFCB-B-Ds数均分子量均高于7500 Da,PDI在1.4左右;玻璃化转变温度高于162℃,氮气氛围中5%热分解温度高于343℃,具有优良的热性能;在氯仿(CHCl3)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)、二甲基亚砜(DMSO)、二氯甲烷(CH2Cl2)中表现出良好的溶解性;SPFCB-B-Ds在氮气氛围中的5%热失重温度均高于282℃,具有优于SPPFEE的热稳定性,在NMP、DMF、DMSO、THF中仍具有良好溶解性,在CH2Cl2中不溶解,在CHCl3中部分溶解。
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