间苯撑硫醚—对苯撑硫醚共聚物的合成及性能研究

论文摘要

聚苯硫醚（PPS）是聚芳硫醚中发展最成熟、应用最广泛的树脂品种,以其优异的阻燃性以及优良的电性能等而得到广泛的应用。间苯撑硫醚-对苯撑硫醚共聚物（m-p-PPS）作为聚苯硫醚的主链结构改性材料,由于分子链结构中引入了间苯结构单元,分子链的柔性增强,从而弥补了聚苯硫醚韧性差、脆性大、难溶等缺点。本论文采用常压硫化钠法,研究了间苯撑硫醚-对苯撑硫醚共聚物（m-p-PPS）的合成方法。以间苯结构含量为30%的m-p-PPS-30为基准,从溶剂的选择、原料配比以及反应时间和温度等工艺条件对合成工艺进行详细探讨,获得了合成m-p-PPS的最佳条件。并由最佳条件制备得到了间苯结构含量为10%～50%的一系列聚合物。通过红外光谱（IR）和X射线粉末衍射法（XRD）分别表征其链结构和聚集态结构,用凝胶渗透色谱（GPC）研究其分子量,结果表明:共聚物为线型结构、部分结晶,随着间苯结构含量的增加,共聚物的结晶能力减弱,分子量降低。采用差示扫描量热分析（DSC）、热重分析（TGA）等方法研究了系列m-p-PPS共聚物的热稳定性。结果表明:随着间苯结构含量的增加,玻璃化温度、熔点和热稳定性降低。采用TGA热分析方法重点研究了间苯结构含量为10%时共聚物（m-p-PPS-10）的热分解动力学。分别用微分法和积分法计算获得其热分解活化能,确定其热降解动力学模型为Dn型。采用DSC热分析方法研究了m-p-PPS-10共聚物的等温熔融结晶行为和非等温熔融结晶行为,其熔融等温结晶动力学用Avrami方程能够较好的描述,获得了Avrami指数n、结晶速率常数K、结晶半时间等动力学参数;其熔融非等温结晶动力学用Jeziorny方程和Ozawa方程能够较好的描述,用Avrami-Ozawa联合方程得到了具有物理意义的动力学参数F（T）,并用Arrhenius方程和Kissinger方法分别计算出等温结晶活化能和非等温结晶活化能为192.59kJ/mol和196.35kJ/mol。最后研究了m-p-PPS的溶解性能。根据Small方法估算出系列m-p-PPS的溶度参数,探索了常温下系列m-p-PPS在几种单一溶剂和混合溶剂中的溶解性。结果表明:随间苯结构含量的增加,溶度参数降低,溶解性能增强。在聚苯硫醚结构中引入间苯结构单元后,聚合物的热稳定性、玻璃化温度、熔点、分子量、结晶能力等均随间苯结构单元含量的增加而降低,但其溶解性能随间苯结构含量的增加而增强,在室温或略高于室温可以溶于一些普通的有机试剂,如四氢呋喃、氯仿、甲苯等,有望在薄膜和纤维方面得到应用,而且熔点降低也有利于加工。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图表目录
• 目录
• 第一章 概论
• 1.1 研究背景
• 1.2 间苯撑硫醚-对苯撑硫醚共聚物的研究现状
• 1.3 聚苯硫醚的合成方法
• 1.3.1 聚苯硫醚的传统合成方法
• 1.3.2 聚苯硫醚的改进合成方法
• 1.4 本论文研究的意义和内容
• 1.4.1 本论文研究的意义
• 1.4.2 本论文研究的内容
• 第二章 间苯撑硫醚-对苯撑硫醚共聚物的合成
• 2.1 合成部分
• 2.1.1 合成方法选择
• 2.1.2 实验部分
• 2.1.2.1 原料及仪器装置
• 2.1.2.2 间苯撑硫醚-对苯撑硫醚共聚物的合成
• 2.1.3 间苯撑硫醚-对苯撑硫醚共聚物的表征
• 2.1.3.1 红外光谱分析
• 2.1.3.2 X射线粉末衍射分析
• 2.2 合成工艺优化
• 2.2.1 合成工艺流程
• 2.2.2 溶剂的选择
• 2.2.3 原料及配比对聚合物得率及性能的影响
• 2.2.4 工艺参数对聚合物得率及性能的影响
• 2.3 不同间苯结构含量的系列m-p-PPS的合成及表征
• 2.3.1 不同间苯结构含量的系列m-p-PPS的合成
• 2.3.2 不同间苯结构含量的系列m-p-PPS的表征
• 2.3.2.1 产物外观及熔点
• 2.3.2.2 红外光谱分析
• 2.3.2.3 X射线粉末衍射分析
• 2.3.2.4 间苯撑硫醚-对苯撑硫醚共聚物的分子量
• 2.4 小结
• 第三章 间苯撑硫醚-对苯撑硫醚共聚物的热性能研究
• 3.1 间苯撑硫醚-对苯撑硫醚共聚物的DSC分析
• 3.2 间苯撑硫醚-对苯撑硫醚共聚物的热重分析（TGA）
• 3.2.1 不同间苯结构含量的间苯撑硫醚-对苯撑硫醚共聚物的热稳定性研究
• 3.2.2 不同升温速率下m-p-PPS-10的热稳定性研究
• 3.3 m-p-PPS-10的热分解动力学研究
• 3.3.1 热分解动力学方程
• 3.3.2 热分解动力学研究
• 3.4 小结
• 第四章 间苯撑硫醚-对苯撑硫醚共聚物的结晶性能研究
• 4.1 间苯撑硫醚-对苯撑硫醚共聚物的等温结晶动力学研究
• 4.1.1 等温结晶动力学方程
• 4.1.2 等温熔融结晶实验
• 4.1.3 等温熔融结晶动力学分析
• 4.2 间苯撑硫醚-对苯撑硫醚共聚物的非等温结晶动力学研究
• 4.2.1 非等温结晶动力学方程
• 4.2.2 非等温熔融结晶实验
• 4.2.3 非等温熔融结晶动力学分析
• 4.3 小结
• 第五章 间苯撑硫醚-对苯撑硫醚共聚物的溶解性研究
• 5.1 高聚物溶解的热力学解释
• 5.2 溶剂的选择原则
• 5.3 溶度参数的估算
• 5.4 实验部分
• 5.4.1 间苯撑硫醚-对苯撑硫醚共聚物在单一溶剂中的溶解性
• 5.4.2 间苯撑硫醚-对苯撑硫醚共聚物在混合溶剂中的溶解性
• 5.5 小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录