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苯并唑类耐高温聚合物的合成及其性能研究

黄晓嵩  
【摘要】: 苯并唑类聚合物是一杂环类的聚合物,主要包括聚苯撑苯并双噻唑(PBZT)、聚苯撑苯并双噁唑(PBO)和聚苯撑苯并双咪唑(PBI)。由于它们具有很好的耐热性、热氧化稳定性、出色的机械性能、光电性能和环境稳定性,在过去二十年中引起了人们的广泛兴趣。但是这类聚合物仅能溶于强质子酸中,不利于加工,限制了它们的应用。所以,制备可溶性苯并唑类聚合物一直是人们研究的重点,将含氟基团或者大体积侧基引入到聚合物中被认为是一种能提高聚合物的溶解性而不牺牲其热稳定性的方法。本论文基于以上几点,设计合成了几类新型苯并唑类聚合物,利用FT-IR、~1H NMR、~(19)F NMR、~(13)C NMR等方法对聚合物的结构进行了表征,并对聚合物的溶解性能、热性能、光学性能等进行了研究,对其它物理性质如相对平均分子量及其分布、聚合物形态等进行了测试和分析。全文主要包括以下四个方面的工作。 一、对聚苯撑吡啶并双咪唑(PIPD)纤维进行合成、纺制及性能的探索性研究,合成了PIPD聚合用的关键单体TD盐5,以TD盐作为中间体来实现PIPD的聚合,最后采用干喷湿纺法,制得初生PIPD纤维,并对PIPD纤维的特性粘度、热性能、结晶结构及力学性能进行了研究。性能研究表明虽然我们制备的PIPD纤维具有很好的热稳定性,但其拉伸强度较低。 二、对关键的含氟单体2,5-二氟对苯二甲酸(DFTA)(10)设计了一条新的合成路线,该路线具有总产率高(50%)、重复性好的优点。同时将对苯二甲酸(TA)与化合物10的混合二元酸同2,2-二(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷(6F-BAHP)进行缩聚反应,合成了一类新型含六氟异亚丙基苯并唑类聚合物11a-e。性能研究表明,聚合物11a-e的热分解温度(Td)达到520℃以上,截止波长(λ_(cut))均在379~390 nm范围内,在800nm处的透过率均超过为80%,表明这类聚合物具有很好的热稳定性及透光性。 三、在化合物10的基础上,设计并合成了含有苯并咪唑基团的活性二氟代物单体——1,4-双(2-苯并咪唑基)-2,5-二氟苯(BIDF)(12)。将化合物12分别同四种商品化的芳香二元酚通过芳香亲核取代反应分别合成了含苯并咪唑侧基的聚芳醚13a-d。性能研究表明,聚合物13a-d在一些常见的有机溶剂中具有较好的溶解性能,同时他们还具有很好的热稳定性,热分解温度(Td)都在430℃以上。 四、将不同的芳香二元酚与环氧氯丙烷反应合成了一系列具有芳环结构的环氧单体(14-19),并将化合物10与化合物14-19开环聚合制备了一系列新型含二氟取代芳香环的聚羟基醚酯20a-f。性能研究表明,经化学结构改性后的聚合物20a-f在热稳定性上也有了很明显的改善,热分解温度(Td)也达到了340℃以上。


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