微波辐射合成聚醚醚酮

论文摘要

聚醚醚酮（PEEK）是一种新型的半结晶性耐高温热塑性工程塑料。具有优异的热性能、力学性能、电性能和耐化学腐蚀性等,特别适合做高性能复合材料的基体树脂、绝缘材料、膜材料,被广泛用于航空、电子及核工业等高科技领域,成为当今最热门的高性能工程塑料之一。随着微波化学的发展,使微波在化学的许多领域都得到了广泛的应用。微波作为一种新型的热源,具有加热迅速、高效、节能、环保等特点。近年来大量的实验已证明微波可以极大的提高一些化学反应的反应速率,使一些在通常条件下不易进行的反应迅速进行。微波已经广泛应用于自由基聚合、开环聚合、缩聚和共聚等各类聚合反应以及高分子的交联固化、改性和降解等方面。作为一种能高效利用的加热能,微波的应用可大大降低反应的时间与能耗,因而在高分子的绿色化学合成领域正日渐成为人们关注的热点。本文采用亲核缩聚反应、微波辐射加热制备聚醚醚酮。探讨了微波合成聚醚醚酮的相关影响因素。以及对聚醚醚酮的分子主链中引入了间位苯基、和邻位苯基对聚合物相关性能的影响进行了讨论。本论文主要包括以下两个方面的内容:1.在无水碳酸钾催化作用下,通过等物质的量的4,4′-二氟二苯甲酮与对苯二酚发生亲核缩聚反应制备PEEK。对传统加热和微波辐射两种制备PEEK的方法进行了比较。实验结果表明:加热条件下反应6 h合成聚醚醚酮树脂。产率为76.2%,特性黏度值为0.27 dl.g-1;微波辐射条件下反应75 min合成聚醚醚酮树脂。产率96.1%,特性黏度值为0.71 dl.g-1。可以看出微波辐射加速了聚合反应的进行。同时对辐射时间、微波功率以及溶剂等影响因素进行了研究。对所得的聚合产物的性能和结构进行了IR、DSC、TGA以及XRD表征。相对于传统加热制备方法而言,微波法制备聚醚醚酮具有产率高、反应时间短以及易于操作等优点。2.利用亲核取代反应,以4,4′-二氟二苯甲酮、2,4′-二氟二苯甲酮、3,3′-二氟二苯甲酮和对苯二酚、4,4′-联苯二酚、2,2′-联苯二酚等单体反应制得不同分子结构的聚醚醚酮聚合物。以IR、1H-NMR、TGA、XRD、GPC和DSC对产物进行了表征。通过在分子链中引入半扭曲的间位、邻位苯基,对不同结构对聚醚醚酮树脂性能的影响进行了研究。实验结果表明:聚醚醚酮均具有优异的热稳定性能,苯环数对聚醚醚酮热稳定性影响比较小,而取代位置的不同对聚醚醚酮的热分解性能影响较明显。邻位和间位取代单体的引入使得聚醚醚酮的溶解性能得到很大改善。XRD衍射实验结果表明,分子链规整堆积的PEEK-1和PEEK-3均有4个明显的衍射峰,属于半结晶态聚合物。而非直链的PEEK-2、PEEK-4、PEEK-5和PEEK-6由于在聚合物主链结构中引入部分半扭曲的间位和邻位苯基结构,破坏了链的对称性,在X-射线衍射图谱上为漫散射峰,均为无定形态聚合物。相对于传统加热方法而言,本文采用微波法制备聚醚醚酮具有产率高、反应时间短以及易于操作等优点。同时把间位、邻位苯基引入到聚合物的分子主链中,破坏分子链的规整性以及共平面性,降低分子链之间的作用力,使得到的PEEK的溶解性得到了很大的改善,有利于加工。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 聚芳醚酮的研究进展
• 1.1.1 聚芳醚酮的改性研究
• 1.1.1.1 化学改性
• 1.1.1.2 物理改性
• 1.1.2 聚醚醚酮的应用
• 1.2 微波高分子化学研究进展
• 1.2.1 微波加热原理
• 1.2.2 微波高分子化学的研究进展
• 1.3 本论文工作的设想
• 第二章 微波辐射辅助合成聚醚醚酮
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要仪器与试剂
• 2.2.2 试剂纯化及表征方法
• 2.2.2.1 试剂纯化
• 2.2.2.2 红外光谱测试
• 2.2.2.3 热分析
• 2.2.2.4 XRD 测试
• 2.2.2.5 黏度的测定
• 2.2.2.6 熔点测定
• 2.2.3 实验装置图
• 2.2.4 聚醚醚酮的合成
• 2.2.4.1 传统加热合成PEEK
• 2.2.4.2 微波条件下合成PEEK
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 不同方法合成聚醚醚酮的比较
• 2.3.2 溶剂对合成聚醚醚酮树脂的影响
• 2.3.3 微波辐射时间对合成聚醚醚酮树脂的影响
• 2.3.4 微波功率对合成聚醚醚酮树脂的影响
• 2.3.5 IR 测试
• 2.3.6 热性能测试
• 2.3.7 XRD 测试
• 2.4 本章小结
• 第三章 异构化聚醚醚酮的合成
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要实验仪器与试剂
• 3.2.2 试剂纯化和产物的表征
• 3.2.2.1 试剂纯化
• 3.2.2.2 红外测试
• 3.2.2.3 热分析
• 3.2.2.4 XRD 测试
• 3.2.2.5 黏度的测定
• 3.2.2.6 熔点测定
• 3.2.2.7 核磁共振测试
• 3.2.2.8 GPC 测试
• 3.2.3 异构化聚醚醚酮的制备
• 3.2.3.1 制备方案
• 3.2.3.2 异构化聚醚醚酮的合成
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 异构化聚醚醚酮的溶解性能
• 3.3.2 异构化聚醚醚酮的结构表征
• 3.3.2.1 异构化聚醚醚酮系列的红外表征
• 3.3.2.2 异构化聚醚醚酮系列的1H-NMR 表征
• 3.3.3 异构化聚醚醚酮的热性能表征
• 3.3.4 异构化聚醚醚酮的X-射线衍射测试
• 3.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录