聚芳醚酮共聚物的合成及其性能研究

论文摘要

聚芳醚酮（PAEK）是一类典型的芳香族热塑性树脂,由于其具有良好的机械物理性、热稳定性、电绝缘性、耐化学药品等性能,在汽车制造、航空航天、医疗设备、电子电器等领域有着广阔的应用前景。聚醚醚酮（PEEK）是聚芳醚酮类聚合物的典型代表之一,作为一种半结晶型的热塑性塑料,通常是由对苯二酚、4,4’-二氟二苯甲酮高温缩聚合成。目前来说,优良的溶解性能和加工性能也已成为评价耐高温聚合物重要的性能指标,而不再只包含耐热等级高。所以本论文采用亲核取代法在对PEEK合成条件进行优化之后,进一步合成了新型的PAEK,即含联苯基团的聚芳醚酮（BP—PAEK）、含双酚A基团的聚芳醚酮（BPA—PAEK）、含酚酞基团的聚芳醚酮（PL—PAEK）、同时含双酚A和酚酞基团的聚芳醚酮（BPA—Pl—PAEK）,并通过IR、 XRD、 DSC、 TGA、 DTG等进行了表征和测试,考察了其结构、粘度、溶解性能、热性能所受的影响。主要研究内容和结果如下：1.从封端基团（氟封端和酚式羟基封端）的选择、催化剂（碳酸钠和碳酸钾）的选择、终止反应温度的选择三方面,对PEEK合成条件进行了优化。结果表明：当n（DFBP）/n（HQ）=1:0.7, n（Na2CO3）/n（K2CO3）=0.95:0.5,终止反应温度为300℃时,粘度达最大0.89dL/g；化学稳定性良好,当在45℃加热12小时,完全不溶解于所测试的二甲基亚砜（DMSO）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、氮甲基甲酰胺（DMF）、氮甲基乙酰胺（DMAc）、四氢呋喃（THF）有机溶剂中,微溶于丙酮中,完全溶于浓硫酸中；Tg达到最大值145℃,Tm达到最大值360℃,且失重相同百分比时所需温度最高；此时PEEK产物具有最佳综合性能。2.从分子设计的角度出发,以4,4’-二氟二苯甲酮为双卤单体,以对苯二酚为第一双酚单体,分别以联苯二酚、双酚A、酚酞为第二双酚单体,进行高温缩聚反应合成出了三种三元共聚物,结果表明：BP—PAEK、BPA—PAEK、PL—PAEK的结晶度逐渐下降;45℃加热12小时,该三种聚合物均能完全溶于浓硫酸中,部分溶于丙酮中,但在DMSO、NMP、DMF、DMAc、THF五种有机溶剂中的溶解性有所差异,BP—PAEK、BPA—PAEK、Pl—PAEK的溶解性逐渐增加；三种聚合物具有较好的热稳定性,其中玻璃转化温度（Tg）依次增加,熔点（Tm）下降,10%热失重温度（Td10%）均大于480℃。3.从分子设计的角度出发,合成了同时含有对苯基团、含有双酚A基团、含有酚酞基因的聚芳醚酮（BPA—Pl—PAEK）,结果表明：聚合物的衍射峰较PEEK、 BP—PAEK, BPA—PAEK的衍射峰明显变弱；粘度比PEEK, Pl—PAEK降低,比BPA—PAEK增大；45℃加热12小时,该物质能完全溶于浓硫酸中,部分溶于丙酮中,并可微溶于DMSO、NMP、DMF、DMAc、THF五种有机溶剂。与PEEK、BPA—PAEK相比,溶解性明显增加，但与Pl—PAEK相比,溶解性略有降低；玻璃转化温度（Tg）为215℃较PEEK、BPA—PAEK、Pl—PAEK的高,结晶度下降,检测不到熔融峰,当失重质量大于20%时,BPA—Pl—PAEK的Td明显高于PEEK、BPA—PAEK、Pl—PAEK,具有良好的热稳定性能。以上研究表明：首先对PEEK的合成条件进行了优化,从而使其综合性能得到了提高。然后又合成出了新型聚芳醚酮（BP—PAEK、BPA—PAEK、Pl—PAEK和BPA—Pl—PAEK）,其耐热性不仅没有降低,而且具有无定型、溶解度增加、易熔融加工的性能,从而拓宽了其应用领域,具有重要的现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 高性能工程塑料概述
• 1.2 聚芳醚酮的研究
• 1.2.1 聚芳醚酮的结构及性能
• 1.2.2 聚芳醚酮的主要合成方法
• 1.2.3 聚芳醚酮的改性研究
• 1.2.4 聚芳醚酮在各领域的应用研究
• 1.2.5 聚芳醚酮的发展趋势及研究热点
• 1.3 聚醚醚酮的研究
• 1.3.1 聚醚醚酮的结构及性能
• 1.3.2 聚醚醚酮的改性研究
• 1.3.3 聚醚醚酮的发展
• 1.3.4 聚醚醚酮的应用研究
• 1.4 含联苯结构的新型聚芳醚酮的研究
• 1.5 含双酚A结构的新型聚芳醚酮的研究
• 1.6 含酚酞结构的新型聚芳醚酮的研究
• 1.7 选题依据和主要研究内容
• 1.7.1 选题依据
• 1.7.2 主要研究内容
• 第2章 聚醚醚酮合成条件的优化及其性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料和仪器
• 2.2.2 聚醚醚酮的实验设计和实验合成路线
• 2.2.3 聚醚醚酮的结构表征
• 2.2.4 聚醚醚酮的粘度测试
• 2.2.5 聚醚醚酮的溶解性能测试
• 2.2.6 聚醚醚酮的热性能的测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 聚醚醚酮的结构表征分析
• 2.3.2 聚醚醚酮的粘度测定分析
• 2.3.3 聚醚醚酮的溶解性能测定分析
• 2.3.4 聚醚醚酮的热性能测定分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 三元共聚聚芳醚酮的合成及其性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料和仪器
• 3.2.2 聚芳醚酮的实验设计和实验合成路线
• 3.2.3 三元共聚聚芳醚酮的结构表征
• 3.2.4 三元共聚聚芳醚酮的粘度测试
• 3.2.5 三元共聚聚芳醚酮的溶解性能测试
• 3.2.6 三元共聚聚芳醚酮的热性能的测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 聚芳醚酮的结构表征分析
• 3.3.2 三元共聚体聚芳醚酮的粘度测定分析
• 3.3.3 三元共聚聚芳醚酮的溶解性能测定分析
• 3.3.4 三元共聚聚芳醚酮的热性能测定分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 四元共聚聚芳醚酮的合成及其性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料和仪器
• 4.2.2 四元共聚聚芳醚酮的实验设计和实验合成路线
• 4.2.3 四元共聚聚芳醚酮的结构表征
• 4.2.4 四元共聚聚芳醚酮的粘度测试
• 4.2.5 四元共聚聚芳醚酮的溶解性能测试
• 4.2.6 四元共聚聚芳醚酮的热性能的测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 四元共聚聚芳醚酮的结构表征分析
• 4.3.2 四元共聚聚芳醚酮的粘度测定分析
• 4.3.3 四元共聚聚芳醚酮的溶解性能测定分析
• 4.3.4 四元共聚聚芳醚酮的热性能测定分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者已发表和待发表的研究成果