聚芳基苯并咪唑的模擬、合成表征以及應(yīng)用研究.pdf

1、聚苯并咪唑是以苯并咪唑為重復(fù)單元的互相連接而成的聚合物分子,具有優(yōu)異的耐熱性、機械性能、化學(xué)穩(wěn)定性等特性,自問世以來就是航空航天、海水凈化、甲醇燃料電池等領(lǐng)域及其它苛刻環(huán)境下,不可替代的高性能材料。
　　 從國內(nèi)外現(xiàn)狀來看,由于合成聚苯并咪唑的四胺類單體并沒有商品化,并且單體的合成路線復(fù)雜、收率低、成本高,導(dǎo)致聚苯并咪唑的合成成本昂貴,也成為制約聚苯并咪唑工程化應(yīng)用的障礙。聚苯并咪唑的合成工藝有四種:溶液聚合法;熔融聚合法;母體

2、法:親核取代法。其中溶液聚合法和熔融聚合法是相對成熟的合成工藝。聚苯并咪唑無論用作整體材料還是復(fù)合材料,都表現(xiàn)出優(yōu)異的熱性能、力學(xué)性能,但作為整體材料時抗沖擊強度較低,不能在有尖角的場合應(yīng)用,從而限制了它的進一步使用。
　　 本研究首先通過MS軟件對單體、聚合物結(jié)構(gòu)進行模擬設(shè)計,并對部分性能進行了計算。采用溶液縮聚反應(yīng),成功合成了6種苯并咪唑化合物,合成化合物引入了柔性集團-O-、-SO2-、-CO-、-CH3等。與二氟芳香化合

3、物通過親核取代反應(yīng),制得12種具有新型結(jié)構(gòu)的苯并咪唑聚合物一聚芳基苯并咪唑,并對兩個體系的晶型結(jié)構(gòu)、溶解性和熱性能進行了分析和比較。通過熱致相分離、冷凍干燥技術(shù)成功制備了低密度聚芳基苯并咪唑泡沫。研究摘要如下:
　　 (1)通過設(shè)計苯并咪唑新單體,將柔性基團-O-、-SO2-、-CO-、-CH3引入到具有新型結(jié)構(gòu)的苯并咪唑聚合物一聚芳基苯并咪唑中,利用MS軟件對各聚合物的分子鏈結(jié)構(gòu)進行了模擬,并對聚芳基苯并咪唑的部分性能進行模擬

4、計算。將理論計算值與實驗測試性能相比較,兩者吻合良好。
　　 (2)采用優(yōu)化溶液縮聚反應(yīng)條件,成功制備了六種苯并咪唑化合物,并通過FT-IR、1H NMR和MS對合成化合物結(jié)構(gòu)進行了表征,由差示量熱掃描(DSC)、熒光發(fā)射測定其熔點和熒光發(fā)射波長,結(jié)果表明:合成化合物與目標產(chǎn)物一致,并有較高的產(chǎn)率,熔點都在300℃以上,熔程短,且具有良好的熒光特性。
　　 (3)按照實驗優(yōu)化條件,以自制的苯并咪唑化合物與二氟芳香化合物為

5、單體,通過親核取代反應(yīng)制備得到12種不同結(jié)構(gòu)的聚芳基苯并咪唑,其中六種為一個體系,分別為聚芳砜、酮苯并咪唑系列聚合物。所得聚合物通過FT-IR、1H NMR和MS進行表征,并對兩個體系的性能進行了測定和比較。結(jié)果表明:合成聚合物與預(yù)期結(jié)構(gòu)一致,均為非晶結(jié)構(gòu),在保持優(yōu)異的熱性能(Tg＞240℃,Td5％＞400℃)前提下,溶解性相對PBI有很大的提高,不但可以溶解在強極性溶劑(DMAc、DMF),在THF、CHCl3、CH2Cl2中也有較