耐热芳杂环聚合物.ppt

耐热芳杂环聚合物 什么是耐热芳杂环聚合物 芳杂环高分子是指大分子的主链是由苯环 萘环等芳环和 或杂环及一些连接基团 如 O S CO SO2 CH2 C CH3 2 C CF3 2 COO CONH 等或仅仅以单键连接方式组成的高分子化合物 许多芳杂环聚合物是功能高分子材料 耐热性不是其主要指标 芳杂环聚合物是由美国和前苏联在1950年代中期发展起来的一类耐热高分子材料当时超音速航空和航天器需要高强 耐热 轻质的材料 芳杂环聚合物发展的推动力 飞行器速度和表面温度的关系 芳杂环聚合物发展的推动力 高分子科学发展的自然趋势 表1 5聚合物的玻璃化温度和熔点 聚合物的玻璃化温度和熔点 主要芳杂环高分子及其开发状况 芳杂环聚合物已经成为不可替代的材料 是最主要的H级乃至C级的绝缘材料特种工程塑料不仅是 金属的代用品 而实际上是一类崭新的材料作为先进复合材料的基体树脂 是环氧树脂后的唯一可用的材料作为功能高分子材料的潜力无限 导电 分离膜 场致发光材料 光刻胶 液晶取向剂等 化学热稳定性和物理耐热性 化学热稳定性是指聚合物的分解温度 通常用热失重曲线的开始分解温度 Td 失重5 T5 或失重10 T10 及在高温 800 1000 剩炭率来表示 物理耐热性是指聚合物的最高使用温度 用玻璃化温度 Tg 或软化温度 Ts 来表示 一些芳杂环化合物的分解温度 由四个苯环稠合成的化合物的热稳定性 在每个温度各加热七天 齐聚苯的熔点 齐聚苯醚的性能 分解活化能千卡 摩尔 芳香聚酰胺的耐热性 聚芳酯的软化点 耐热高分子的结构设计规律 1 在芳杂环链中尽量采用最强的化学键 2 采用的结构在使用条件下不会发生重排 3 最大限度地采用共振结构 4 所有的环状结构应当具有正常的键角 5 尽可能地采用重键 补充规律1 在苯环的对位连接和邻位连接要比在间位连接有更高的Tg 但这些异构体之间的热稳定性并没有太大的差别 2 具有对称结构的链单元的聚合物具有较高的韧性 例如苯环以间位和邻位连接比对位连接的高分子的韧性低 有大的或不对称的侧基的高分子材料其韧性也较低 3 用醚链 硫醚链作为连接基团比用酰胺 酯 酮 砜 单键 双键及三键作为连接基团有较低的Tg 但仍能保持较高的热稳定性 4 在大分子链中引入侧基或圈结构 Cardo 即环上的一个原子 通常是碳原子 同时又是构成主链的原子 能增加其溶解性 但通常不会降低其热稳定性 5 氟的引入也能提高聚合物的溶解性 但不影响Tg 芳杂环聚合物的耐热限度 TGA的最高分解温度为600 左右 但实际上在400 就开始变化 如脱氢 产生游离基而交联 线性聚合物不一定是热塑性的 可注射成型的聚合物的最高Tg应在250 左右 加工温度也难以超过400 要提高使用温度还是要使高分子交联 对于使芳杂环聚合物交联的活性基团的要求 1 交联后形成的结构应有足够的热稳定性 最好能形成芳杂环结构 2 交联反应中不能放出低分子产物 3 在室温下有足够的稳定性 在适当温度下可以发生高效率的交联反应 4 容易合成并容易被引入到低聚物结构中 用于热固性芳杂环聚合物的活性基团 能够发生三聚成环的基团和可能形成的环的结构 聚苯的合成 聚苯的合成 聚苯硫醚的合成 亲核取代反应 亲电取代反应 聚砜的合成 亲电取代合成聚芳砜时的副反应 聚芳砜的合成 聚醚砜PES C的合成 聚醚醚酮PEEK的合成 聚醚酮PEK C的合成 液晶聚合物LCP 聚芳酯的合成 聚芳香酰胺的合成 Nomex纤维 Kevlar纤维 Kevlar的牌号和特点 聚苯并咪唑的合成