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酚酞聚芳醚酮（砜）的改性研究

作　者: 贾宝珠
导　师: 崔善子；周光远
学　校: 长春工业大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 酚酞聚芳醚酮(PEK-C) 酚酞聚芳醚砜(PES-C) 堆密度 1,4-二氯甲氧基丁烷(BCMB) 氯甲基化反应高分子改性
分类号: TQ326.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

聚芳醚酮(砜)是一类具有重要应用价值的高性能树脂(High Performence Resin),具有优良的热膨胀系数、机械性能、抗蠕变能力、优异的耐热性及化学稳定性等。除在工程塑料、复合材料等结构材料方面的应用之外,功能材料也是此类树脂的另一个重要的应用领域。对这类材料进行改性,可以在保持其耐热性能和力学性能的基础上有效的改善其加工性能和在有机溶剂中的溶解性,及赋予其一系列特定功能。材料的改性包括物理改性,如共混、复合两类不改变材料化学结构,而性能有所改变；以及化学改性,如磺化、氯甲基化、季铵盐化等。基于聚芳醚酮在应用中提出的实际需求及氯甲基化改性在功能材料方面的重要应用价值的事实,本论文对酚酞聚芳醚酮(砜)进行了一系列的改性研究。(一)由独特后处理技术制备的低堆密度的PEK-C粉料,经热处理/研磨法来增加其堆密度,并且做到在不同处理条件下实现堆密度的可控,在适应不同的复合材料制备工艺的需求研究结果表明：PEK-C初始80目粉料经260～280℃热处理下,30～120min的热处理导致树脂呈现半熔状态,然后经机械研磨后可将堆密度提高8%左右。200目下的树脂粉末产率提高约10%,经优化得到最佳条件为260℃下热处理30min。(二)酚酞聚芳醚酮(PEK-C)的氯甲基化改性,采用96～98%的浓硫酸作溶剂及催化剂,1,4-二氯甲氧基丁烷(BCMB)做为氯甲基化试剂,在均相反应体系中对PEK-C实施了氯甲基化改性,在温和的反应条件下(10～30℃)短时间(2-10 h)内制得了高氯甲基化程度的线型氯甲基化聚芳醚酮(CMPEK-C)。结果表明,在上述温和的反应条件下可以方便的得到氯甲基化程度(χCH2Cl-)为2.0～4.0的氯甲基化酚酞聚芳醚酮(CMPEK-C)。氯甲基化PEK-C的氯甲基化程度由反应温度以及反应时间加以调控。本工作所得结果与相关文献报道的PEK-C氯甲基化反应所得到的氯甲基化程度相比较得到了更有参考价值的结果。通过FT-IR,1H NMR分析表明PEK-C的氯甲基化反应发生在酚酞单元醚氧键的邻位氢原子上。PEK-C经氯甲基化改性后其溶解性能基本保持不变,由DSC法测得的玻璃化转变温度(Tg)的结果表明Tg随氯甲基化程度的增加而呈线性升高,这是由于氯甲基化改性后PEK-C的分子链间相互作用力有所增加,使得分子链刚性增随之增加的结果。(三)用无毒、新型氯甲基化试剂对酚酞聚芳醚砜(PES-C)的氯甲基化改性研究,包括氯甲基化试剂1,4-二氯甲氧基丁烷(BCMB)的制备,采用1,4-丁二醇、甲醛溶液及三氯化磷以30:75:50的比例,在温度为10～20℃条件下进行反应可以得到BCMB,产物经过减压蒸馏可以得到高纯度的BCMB,并由1H NMR谱图证实了其结构,此氯甲基化试剂应用于本文中的氯甲基化反应中。采用自制的BCMB作为氯甲基化试剂对PES-C进行氯甲基化改性。取代传统的氯甲醚/卤代烃,在路易斯酸做催化剂的体系中对PES-C进行的氯甲基化反应。本文所述PES-C的氯甲基化反应,则以卤代烃做溶剂,路易斯酸做催化剂,在30～80℃下进行。实验结果表明,在上述反应条件下可以方便有效的得到氯甲基化酚酞聚芳醚砜(CMPES-C),并且其氯甲基化程度(χCH2Cl-)在0.2～0.7之间,氯甲基化程度是由反应温度及反应时间加以调控的。与文献报道的用氯甲醚做氯甲基化试剂所得到的CMPES-C的氯甲基化程度相比,本文所采用的PES-C氯甲基化是十方便分有效的新方法。通过1H NMR分析表明PES-C的氯甲基化反应发生在酚酞单元醚氧键的邻位氢原子上。PES-C经氯甲基化改性后其溶解性能基本保持不变,由TGA测得的CMPES-C的热分解温度较PES-C有所降低,但5%热失重时的分解温度热在200℃以上。

全文目录

摘要  2-4
Abstract  4-9
第一章文献综述  9-20
  1.1 酚酞聚芳醚酮(砜)PEK-C(PES-C)  9
  1.2 酚酞聚芳醚酮(砜)PEK-C(PES-C)的性能及特点  9-10
  1.3 酚酞聚芳醚酮(砜)PEK-C(PES-C)加工应用领域  10-11
  1.4 酚酞聚芳醚酮(砜)PEK-C(PES-C)的改性研究  11-18
    1.4.1 物理改性  11-12
      1.4.1.1 共混改性  11-12
      1.4.1.2 填充改性  12
    1.4.2 化学改性  12-18
      1.4.2.1 磺化改性  12-16
      1.4.2.2 氯甲基化改性  16-18
  1.5 酚酞聚芳醚酮(砜)PEK-C(PES-C)的氯甲基化改性  18-20
    1.5.1 目的及意义  18
    1.5.2 研究现状  18-19
    1.5.3 本文的切入点及目标  19-20
第二章由热处理方法实施酚酞聚芳醚酮(PEK-C)粉料堆密度(P)的调控  20-28
  2.1 前言  20-21
  2.2 实验试剂与仪器  21
    2.2.1 实验试剂  21
    2.2.2 实验仪器  21
  2.3 实验部分  21-22
    2.3.1 堆积密度测定  21-22
    2.3.2 PEK-C的扫描电镜观察  22
    2.3.3 对PEK-C实施物理改性  22
      2.3.3.1 物理加热法  22
      2.3.3.2 液氮冷却法  22
      2.3.3.3 乙醇研磨法  22
      2.3.3.4 机械研磨法  22
  2.4 结果与讨论  22-27
    2.4.1 实验结果  22-26
      2.4.1.1 物理加热法相关数据  22-25
      2.4.1.2 液氮冷却法相关数据  25
      2.4.1.3 乙醇研磨法相关数据  25-26
    2.4.2 扫描电镜(SEM)  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第三章酚酞聚芳醚酮(PEK-C)的氯甲基化改性  28-39
  3.1 前言  28-29
  3.2 实验试剂与仪器  29-30
    3.2.1 实验试剂  29-30
    3.2.2 实验仪器  30
  3.3 实验部分  30-31
    3.3.1 1,4-二氯甲氧基丁烷(BCMB)的制备  30
    3.3.2 线型CMPEK-C的制备  30-31
      3.3.2.1 1,2-二氯乙烷作PEK-C氯甲基化反应的溶剂  30
      3.3.2.2 浓硫酸作PEK-C氯甲基化反应的溶剂  30-31
  3.4 实验结果与讨论  31-38
    3.4.1 氯甲基化反应的结果  31-34
    3.4.2 氯甲基化反应的其它影响因素  34-35
      3.4.2.1 反应温度的影响  34
      3.4.2.2 反应时间的影响  34
      3.4.2.3 反应速率的控制  34-35
    3.4.3 CMPEK-C的结构表征  35-36
      3.4.3.1 FT-IR谱图  35
      3.4.3.2 ~1H NMR谱图  35-36
    3.4.4 CMPEK-C的性能  36-38
      3.4.4.1 CMPEK-C的玻璃化转变温度  36
      3.4.4.2 CMPEK-C的溶解性能  36
      3.4.4.3 CMPEK-C的热稳定性  36
      3.4.4.4 PEK-C及CMPEK-C的GPC数据  36-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章酚酞聚芳醚砜(PES-C)的氯甲基化改性  39-48
  4.1 前言  39
  4.2 实验试剂与仪器  39-40
    4.2.1 实验试剂  39-40
    4.2.2 仪器及测试条件  40
  4.3 实验部分  40-41
    4.3.1 1,4-二氯甲氧基丁烷(BCMB)的制备  40-41
    4.3.2 线型CMPES-C的制备  41
    4.3.3 CMPES-C的表征  41
    4.3.4 氯甲基化程度计算  41
  4.4 结果与讨论  41-47
    4.4.1 氯甲基化反应的结果  43-45
    4.4.2 氯甲基化反应的其它影响因素  45
      4.4.2.1 反应温度对反应的影响  45
      4.4.2.2 反应时间对反应的影响  45
      4.4.2.3 反应速率的控制  45
    4.4.3 CMPES-C的 ~1H NMR谱图表征  45-46
    4.4.4 CMPES-C的热稳定性  46-47
  4.5 本章小结  47-48
结论  48-49
致谢  49-50
参考文献  50-54
作者简介  54
攻读硕士学位期间研究成果  54-55

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