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苯基取代杂萘联苯新型聚苯并咪唑的研究

陈涛  
【摘要】:聚苯并咪唑是一类综合性能优异的高性能工程塑料,尤其是其耐热性和机械性能突出,被广泛用于航空航天、电子电器、燃料电池质子交换膜等领域,现己成为国民经济、尖端技术和高兴技术产业的重要材料。但是已商业化的聚苯并咪唑由于不溶熔特性给其加工应用带来困难,限制了其应用领域。本文从聚苯并咪唑聚合物的分子结构设计出发,在主链中引入具有扭曲非共平面结构的苯基取代二氮杂萘酮联苯(DHPZ)单体结构,合成了具有良好溶解性能并能保持优异耐热性的一系列新型聚苯并咪唑高性能聚合物。 首先,以自制的苯基取代类双酚单体4-(3-苯基-4羟基苯基)-2H-二氮杂萘-1-酮(oP-DHPZ),与对氯苯腈通过亲核取代反应合成出二腈化合物,再经碱解反应得到二酸化合物(oP-DHPZ-DA):二酸单体与3,3’-二氨基联苯胺(DAB)在多聚磷酸溶液中进行高温缩聚,合成了含苯基取代杂萘联苯结构聚苯并咪唑。利用FT-IR.'H-NMR.13C-NMR1H-'H COSY和MS技术表征二酸单体结构,谱学数据证明其结构正确.WAXD测试结果表明所合成聚合物具有无定形结构,可溶于浓硫酸、甲基磺酸和NMP等溶剂中;聚合物的玻璃化转变温度Tg为390℃,在氮气中5%的热失重温度为529℃。由此可见,所合成含苯基取代杂萘联苯结构聚苯并咪唑具有优异的耐热性和良好的溶解性。 以多聚磷酸为溶剂,用4,4'-二羧基二苯醚(DAPE)作为第三单体,与oP-DHPZ-DA和DAB进行三元共聚,调整共聚二酸的比例得到一系列含醚键和二氮杂萘酮联苯结构的聚苯并咪唑。由结构表征和性能测试可知,聚苯并咪唑均为无定形结构,具有优异的耐热性能和较好的力学性能;共聚物的玻璃化转变温度Tg为352-390℃,在氮气中5%的热失重温度为528-579℃,其Tg随着分子结构中DCDPE含量的增加而降低,聚合物的溶解性能得到改善。 以多聚磷酸为溶剂,用2,2’-双(4-羧基苯基)六氟丙烷(BCPHFP)作为第三单体,与oP-DHPZ-DA和DAB进行三元共聚,调整共聚二酸的比例得到含二氮杂萘酮联苯结构和六氟异丙基的聚苯并咪唑。通过WAXD、 FT-IR、 TGA和DSC等测试手段对聚合物的结构与性能进行表征。结果表明,所合成共聚物的结构与设计相符,属于无定形聚合物,其玻璃化转变温度在403-406℃之间,在氮气中5%的热失重温度在530-542℃之间,具有优异的热稳定性能。


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