聚苯腈树脂及其共聚物的制备与性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文聚苯腈树脂及其共聚物的制备与性能研究论文作者：郗朕捷学生类别：全日制学科门类：理学学科专业：高分子化学与物理指导教师：张庆新职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金（No.51573037）河北省自然科学基金（E2014202033）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofChemistryandPhysicsofPolymersPREPARATIONANDPROPERTI

2、ESOFPOLYPHTHALONITRILERESINANDITSCOPOLYMERSbyXiZhenjieSupervisor:Prof.ZhangQingxinMay2017ThisworksupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina.(GrantNo.51573037)andNaturalScienceFoundationofHebeiProvince(GrantNo.E2014202033).摘要聚苯腈是由邻苯二甲腈化合物在芳香胺类等固化剂的作用下加成聚合得到

3、的热固性树脂。作为一种新型的高性能树脂，聚苯腈具有突出的热稳定性、力学性能、低吸水性和阻燃性能，这些性能甚至优于其他传统的高性能聚合物，诸如聚酰亚胺、聚苯并恶嗪、聚醚醚酮等，因而受到了广泛关注。同时，由于其加成聚合机理，在固化过程中无小分子副产物产生，邻苯二甲腈单体可以较容易地加工成密致无空穴的聚合产品。由于上述这些方面的种种优点，聚苯腈树脂有望在航空航天、船舶、微电子等领域实现广泛的应用。本文首次将吡啶结构引入到苯腈单体分子中，针对目前多数研究侧重改良加工性能却损失部分原有性能的现状，结合吡啶基团的特点，设计并合成出新型

4、含吡啶结构邻苯二甲腈单体2,6-双[4-(3,4-二腈基苯氧基)苯甲酰基]吡啶(BCBP)，之后，使用4-氨基苯氧基邻苯二甲腈（APPH）作催化剂制备出聚苯腈树脂。红外光谱结果说明该单体聚合主要形成了酞菁和异吲哚啉结构。该单体的熔点较高（191oC），加工窗口也不够宽（64oC）。催化剂的加入量会影响聚合程度从而使BCBP树脂表现出性能上的差异。该聚苯腈拥有很高的储能模量（2.3GPa）、超高的玻璃化转变温度Tog（>400C）、优异的高温稳定性以及很低的吸水率。这些优点证明吡啶基团的引入对于聚苯腈树脂的性能提升具有较明显

5、的作用。由于环氧树脂本身玻璃化温度和热分解温度较低，在高温条件下难以满足需求，很大程度限制了这种通用树脂在高温环境下的应用。为了提升环氧树脂的耐热性能，选用加工性较好的一种萘基型苯腈单体与环氧树脂进行了共聚。DSC结果表明，两者发生了良好的共聚。DMA结果显示，少量苯腈单体的加入使得共聚物的玻璃化转变温度明显提升，具有优异的力学性能和耐热性能。TG结果表明，共聚物的热稳定性提高明显，并具有良好的阻燃性能。为了研究不同分子结构对聚苯腈各方面性能的影响，合成了两种含有硫原子的邻苯二甲腈单体并与结构类似的传统苯腈单体进行对比。测

6、试结果表明，刚性基团会提高单体熔点，使加工窗口较窄，柔性链段则相反；单体分子中含有吸电子基团会使聚合反应更容易，但是快速的固化会使反应时间缩短以及体系粘度增大，这不利于加工和后处理；同时，含有柔性链段的单体分子容易获得更高的聚合度，从而具有更好的热稳定性。关键词：聚邻苯二甲腈；高性能聚合物；环氧树脂；耐高温；阻燃材料IABSTRACTPolyphthalonitrileisathermosetpolymerizedbyphthalonitrilewithcuringagentslikearomaticamines.Than

7、kstotheexcellentthermalstability,outstandingmechanicalpropertiesevenatelevatedtemperature,lowmoistureresistanceandgreatflameretardance,polyphthalonitrile,asarisinghigh-performanceresin,havedrawngreatattentionforitssuperioritytootherconventionalhighperformancepolym

8、erssuchaspolyimides,polybenzoxazine,andpolyetherether-ketone.Besides,phthalonitrilemonomerscouldbereadilyprocessedintohighlycrosslinkedvoid-freethermose