含萘环PAEK系列的合成及其性能研究

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高分子材料已经成为各个技术领域不可缺少的材料,然而,随着各个技术领域的不断发展,对材料的性能要求越来越高,单一的聚合物已经很难满足使用要求,因此通过共聚、共混、填充、增强等手段对聚合物进行改性的研究越来越受到重视。聚芳醚酮树脂具有优异的综合物理机械性能,其耐热性是热塑性树脂中最高的一类,已经广泛用于航空航天、电子、电器、汽车、石油化工、医疗、食品机械等领域,并大大地促进了这些领域的技术进步。聚醚醚酮树脂是聚芳醚酮家族中最早实现商品化和用量最大的品种,由于聚醚醚酮成功的开发及其优异的综合性能,使人们对聚芳醚酮的研究产生浓厚的兴趣,以期望获得更高的耐热等级和更优良的性能来满足现在高科技迅猛发展的需要。本论文通过增加聚合物主链中刚性集团的比例,增强分子链的刚性,同时合成的聚合物有活化部位,以便在一定条件下通过某些小分子交联或活化部位直接<WP=54>交联,从而达到提高聚合物的耐热性的目的。萘环具有比苯环大近一倍的体积,其(电子的离域性更强,因此,用萘环取代聚醚醚酮分子主链上的部分苯环,会使分子链的刚性提高,从而提高玻璃化转变温度,同时,它也会破坏聚醚醚酮分子主链的规整性,从而削弱聚醚醚酮分子的结晶能力,使其溶解性能得到改善。本论文采用聚醚醚酮的合成工艺,以亲核取代路线合成了含萘的聚芳醚酮。以对苯二酚,2,7-萘二酚和4,4,-二氟二苯酮为 单体,K2CO3和Na2CO3 为成盐剂,二苯砜为溶剂合成了5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%的共聚型含萘聚醚醚酮。并且为了提高聚合物的分子量,我们采用了降低含固量的方法;通过调整对苯二酚,2,7-萘二酚的比例调整聚合物中萘含量;通过调整K2CO3和Na2CO3 的比例控制支化反应程度。用FTIR、DSC、TGA、WAXD等手段对其分子结构、晶体结构、热稳定性、结晶行为等进行了表征。研究结果表明:其中Tm值随萘含量的增加而降低。我们对含20%萘环聚芳醚酮进行热处理时<WP=55>发现,其Tg值随处理时间延长而增高,熔融焓值则逐渐减小直至消失。这说明聚合物发生了交联反应。含萘环聚芳醚酮由于在主链中比PEEK增加了刚性集团,使分子链的刚性增强,而又由于萘环结构单元属扭曲链段,破坏了分子链的规整度和紧密堆积,使聚合物的Tm下降,我们发现低含萘量(萘结构单元含量5%以下)Tg,Tm与PEEK相近,有较好的热稳定性。所以低含萘环量的聚芳醚酮可以保持PEEK加工条件的情况下,加工成型,再进一步使其交联,提高其耐热等级。表明了其作为新型特种工程塑料、塑料具有的开发应用前景。
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