磺化聚砜膜材料的制备与性能研究

磺化聚砜是制备亲水性滤膜的优良材料。首先以发烟硫酸为溶剂、4,4’-二氯二苯砜(DCDPS)为原料成功制备了磺化单体3,3’-二磺酸钠-4,4’-二氯二苯砜(SDCDPS),并确定了最佳磺化条件,n(SO3)/n(DCDPS)=3.5,反应温度110℃,反应时间20h。以SDCDPS为单体通过亲核缩聚反应合成了一系列不同磺化度的磺化聚砜膜材料,利用红外光谱及核磁共振光谱对其结构进行了表征。热分析实验表明,该聚合物材料具有较高的分子量和热稳定性。     

一类低溶胀率磺化聚芳醚砜质子交换膜材料的制备及性能

通过两步有机反应,设计合成了一种含3,5-二苯基苯侧基结构的活性二氟砜单体——3,3'-二(3,5-二苯基苯)-4,4'-二氟二苯砜。以此单体、4,4'-二氟二苯砜和4,4'-二羟基二苯甲酮为起始原料,经过芳香亲核取代缩聚和温和的后磺化反应,制备了一系列磺化聚芳砜质子交换膜(TS-PAS-xx)。分别利用红外光谱和核磁共振氢谱对所制聚合物的结构进行了表征分析。结果表明,所制质子交换膜表现出适中的吸水率和较低的溶胀率,在80℃时,膜的溶胀率均不超过15.7%。原子力显微镜测试表明这些质子交换膜形成了明显的"亲水-疏水"相分离结构,该结构有利于质子传导率的提高,80℃时TS-PAS-34膜的质子传导率达到了182 mS/cm,与Nafion112相当,优于其它已报道的一些具有相同离子交换容量(IEC)的聚芳砜质子交换膜的传导率。该膜还具有良好的热性能、力学性能和优异的耐化学氧化稳定性。     

含咪唑基团的聚酰亚胺薄膜的制备及性能

为了探究适用于柔性印刷线路板的高热稳定性、低热膨胀系数聚酰亚胺薄膜,将3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐(3,3’,4,4’-BPDA)与4,4’-二氨基二苯醚(4,4’-ODA)和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑(DAPBI)单体进行聚合,通过改变2种二胺的用量制备了一系列不同二胺比例的聚酰亚胺薄膜。采用红外、紫外、热重分析、差示扫描量热、动态力学热分析、热机械分析多种测试方法对不同比例薄膜样品的热性能、热稳定性、动态力学性能和光透过性进行了研究。研究结果表明,随着刚性DAPBI组分的增加,所制备薄膜的玻璃化转变温度逐渐升高,耐热性能变好,储能模量从3.5 GPa逐渐增加到5.9 GPa;薄膜的热膨胀系数(CTE)明显减小。当二胺ODA与DAPBI的摩尔比为4:6或5:5时,共聚薄膜的CTE值最接近18×10^-6K^-1。     

磺化聚醚砜质子交换膜材料的合成与性能

以3,3′-二磺酸钠基-4,4′-二氯二苯砜(SDCDPS)、双酚S、4,4′-二氯二苯砜(DCDPS)为原料,利用亲核缩聚反应,通过调整SDCDPS和DCDPS的比例与双酚S共聚,合成了一系列具有不同磺化度的磺化聚醚砜。该聚合物具有较高的分子量和良好的热稳定性,其膜表现出较低的吸水率和甲醇渗透系数。     

新型质子交换膜材料磺化聚亚胺醚酮的合成与表征

以50%发烟硫酸为磺化剂,将4,4’-二氟二苯酮反应生成3,3’-二磺酸基-4,4’-二氟二苯酮,然后以3,3’-二磺酸基-4,4’-二氟二苯酮、4,4’-二氟二苯酮与3,3’-二羟基二苯胺为单体通过亲核取代反应生成了磺化聚亚胺醚酮。并且对生成的产物结构采用FT-IR、1 H-NMR、TG、DSC进行表征分析。     

含咪唑基磺化聚酰亚胺质子交换膜的结构与性能关系研究

将1,4,5,8-萘四羧酸二酐(NTDA)与4,4’-二(4-氨基苯氧基)联苯-3,3’二磺酸(BAPBDS)及3种共聚用二胺单体:2-(4-氨基苯基)-5-氨基-苯并咪唑(APABI)、1,3-二(4-氨基苯氧基)-5-(2-苯并咪唑基)苯(BAPBIB)及4,4’-二(4-氨基苯氧基)联苯(BAPB)在间甲酚中180℃进行无规共聚,分别制得了3种共聚物:主链含咪唑基磺化聚酰亚胺、含侧咪唑基磺化聚酰亚胺及不含咪唑基磺化聚酰亚胺。用溶液浇注法制得了具有良好机械性能的质子交换膜,测定了这些质子交换膜的离子交换容量、吸水率、质子导电率、水解稳定性和抗自由基氧化等性能,重点研究了含咪唑基二胺单体的化学结构对质子交换膜的抗自由基氧化性和水解稳定性的影响规律。     

钯碳催化水合肼还原制备3,3,’4,4’-四氨基二苯砜的研究

研究了在Pd/C催化下,水合肼还原4,4'-二氨基二苯砜制备3,3',4,4'-四氨基二苯砜方法.讨论了反应时间、水合肼及催化剂用量对产物收率的影响.并与Raney-Ni-肼、SnCl2+HCl还原体系进行了比较,在优化条件下,3,3',4,4'-四氨基二苯砜的收率达83.8%.同时,利用FTIR光谱技术、核磁共振技术对其进行了表征.     

磺化聚芳醚酮酮砜离子交换膜的制备与性能

采用直接缩聚的方法,通过调整磺化单体(3,3′-二磺酸钠基-4,4′-二氯二苯砜)和非磺化单体(1,4′-二(4′-氟苯甲酰)苯)的比例与双酚单体(2,2′-二(4-羟基苯基)丙烷)共聚合成了系列具有不同磺化度(0.2～1.2)的磺化聚芳醚酮酮砜共聚物。通过红外分析(FT-IR),差示扫描量热分析(DSC),热重分析(TGA)对其结构和性能进行了表征,研究表明,随着磺化度的增加,Na+离子的扩散系数从0.96×10-11S2/m增加到1.25×10-10S2/m,并通过透射电镜(TEM)对其进行了微观结构研究,从结构上解释了膜的物理性能,初步建立了结构与性能之间的关系。     

主链刚性对磺化聚芳醚砜电解质膜性能的影响

以六氟双酚A(HFBPA)、9,9′-双(4-羟苯基)芴(BHPF)、4,4′-二氟二苯砜及3,3′-二磺酸钠-4,4′-二氟二苯砜为原料,经高温缩聚成功合成了一系列磺化聚芳醚砜(SPAES),并通过改变BHPF及HFBPA的比例来调节聚合物主链的刚性。结果表明,随刚性组分BHPF含量的增加,SPAES膜吸水率及质子导电率降低、但在水中的稳定性增加。在BHPF与HFBPA的比例为1∶1及磺化度为50%(SPAES50-50)条件下,膜在60℃水中平面和厚度方向的尺寸变化分别为0.12和0.13,电导率达到0.137 S/cm,而经130℃高温水处理200 h后的失重率仅为7%,表明其有望在高温燃料电池中得到应用。     

2,5-双(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)叔丁基苯及其聚酰亚胺的制备和性能研究

通过两步反应制备得到2,5-双(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)叔丁基苯,将其分别与均苯四甲酸二酐(PM-DA)、3,3’,4,4’-四羧酸二苯醚二酐(ODPA)、3,3’,4,4’-二苯酮四酸二酐(BTDA)、3,3’,4,4’-联苯四酸二酐(BPDA)、双酚A二酐(BPADA)通过缩聚和热亚胺化制备得到5种性能优异的聚酰亚胺薄膜。结果表明薄膜的玻璃化转变温度(Tg)高于210℃,起始分解温度高于510℃;吸水率低于0.9%;介电常数介于2.90～3.15之间;杨氏模量在1.48～2.27GPa之间。     

一类含芴基和三氟甲基结构磺化聚芳酰胺的合成与表征

利用磺化二胺单体9,9-双(4-氨基苯基)芴-2,7-二磺酸和1,4-双(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)苯、4,4’-二甲酸二苯醚通过磷酰化共缩聚,制备了一系列同时含芴基和三氟甲基结构的磺化聚芳酰胺(SPA-50~SPA-70)。该类磺化聚芳酰胺特性黏度在0.80~0.94dL/g,离子交换容量(IEC)在1.44~1.98mequiv/g,并具有良好的溶解性和成膜性。进一步研究了该类磺化聚芳酰胺薄膜的吸水率、尺寸稳定性、化学稳定性、热稳定性以及质子传导性。研究发现,磺化度为70%的聚合物样品具有优良的综合性能:其在80℃时的吸水率为23.5%,溶胀率为8.6%,质子传导率为123mS/cm,在Fenton试剂中的耐氧化时间超过6h。     

侧链型全芳香磺化聚酰亚胺的合成及性能研究

合成了一种侧链型磺化二胺单体2,2’-双(4-磺酸基苯氧基)联苯胺(2,2-’BSPOB),将这种磺化二胺单体与1,4,5,8-萘四羧酸二酐(NTDA)及一种非磺化二胺单体4,4’-双(4-氨基苯氧基)联苯(BAPB)共聚,制得了一系列具有不同离子交换容量(IEC)的侧链型全芳香磺化聚酰亚胺。在高相对湿度下,这些磺化聚酰亚胺膜具有与Nafion112相当甚至更高的质子导电率。此外,这些磺化聚酰亚胺膜在100℃去离子水中浸泡2000h后依然保持良好的力学强度,而且在膜平面方向的尺寸变化极小(5%),在质子交换膜燃料电池上有着潜在的应用前景。     

含砜基及桥联结构聚酰亚胺的合成及其性能研究

以4,4′-二氨基二苯砜(DDS)为二胺单体,3,3′4,4′-二苯酮四羧酸二酐(BTDA)、4,4′-氧双邻苯二甲酸酐(ODPA)分别为二酐单体,制得主链含砜基及桥联结构的聚酰亚胺(PI)模塑粉,考察了结构对PI的性能影响。结果表明,2种PI都具有半结晶聚合物的特性,在氮气中和空气中都具有较好的热稳定性,且熔融温度远低于分解温度。     

抗高温抗高盐聚酰亚胺微球的制备及驱油性能评价

针对水解聚丙烯酰胺及其凝胶在高温高盐油藏中发生热降解难以应用的问题,以1,3-双(3-氨基苯氧基)苯(APB)、3,3’,4,4’二苯醚二酐(ODPA)为主要单体,通过聚酰胺化、亚胺化和凝聚分散法制备了一种抗温抗盐性聚酰亚胺(PI)微球。利用扫描电镜(SEM)对微球的微观形貌进行了观察,结果表明微球粒径约为130 nm,外形光滑且颗粒大小较均匀;红外光谱(IR)结果表明,最终产物为部分亚胺化的PI微球;热重分析(TG)和不锈钢老化罐实验综合表明PI微球抗温可达200℃,抗盐可达2×10⁵ mg/L,PI微球较普通调剖堵水材料具有更优异的耐温性能和分散稳定性。岩心驱替实验结果表明,该微球在200℃和盐度2×10⁵ mg/L条件下具有“能注入、能堵塞、能移动”的特点。岩心驱油实验和剖面改善实验表明PI微球驱油效率高,改善吸水剖面能力较强。综上,该PI微球具有作为高温高盐油藏驱油剂的潜力。     

3-硝仿基-5-甲基-1,2,4-三唑的合成及性能

以1,1′-二氨基-2,2′-二硝基乙烯(FOX-7)为原料，经肼解反应、酰化反应、硝化环化反应合成了3-硝仿基-5-甲基-1,2,4-三唑(MFT),三步反应收率依次为84%、64%、66%。培养出中间体1-氨基-1-(2-乙酰基肼基)-2,2-二硝基乙烯(AHADNE)、目标产物MFT的单晶并进行了解析，两种化合物的晶体密度分别为1.624g/cm³、1.698g/cm³。采用差示量热/热重(DSC/TG)方法对MFT的热稳定性进行表征，其热分解峰温178.7℃,热稳定性良好。通过量子化学方法对MFT进行几何构型优化，并计算得到其标准固相生成焓为99.4kJ/mol。以Kamlet-Jacob公式计算了MFT的爆轰性能，其爆速为8051m/s,爆压为28.28GPa。     

离子型光敏聚酰亚胺的合成与表征

采用3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐(BPDA)与4,4’-二氨基二苯醚(ODA)聚合形成聚酰胺酸,通过氨基引入具有光敏功能的小分子化合物,制备出离子型光敏聚酰亚胺前驱体。并对该离子型光敏聚酰亚胺的结构与性能进行了表征,表现出良好光敏性、热稳定性和电性能,在微电子领域具有良好应用前景。     

含甲基侧基聚芳醚砜醚酮酮的合成与表征

用邻甲酚或间甲酚与4,4‘-二氯二苯砜合成2,2‘-二甲基-4,4‘-二苯氧基二苯砜(o-CH3-DPODPS)或3,3‘-二甲基-4,4‘-二苯氧基二苯砜(m-CH3-DPODPS),然后与对苯二甲酰氯(TPC)或间苯二甲酰氯(IPC)进行缩聚,得到一类新型含甲基侧基的聚芳醚砜醚酮酮聚合物.用FT-IR,^1H-NMR,DSC,TGA,X-ray等方法对单体和聚合物进行表征.结果表明,这种可溶性的非晶态聚合物具有较高的玻璃化转变温度Tg和较好的耐热性能.     

具有极低熔体黏度的苯乙炔封端热固性聚酰亚胺树脂

为了开发适于树脂传递模塑(RTM)成型的低熔体黏度热固性聚酰亚胺树脂,采用2,2′,3,3′-三苯二醚四甲酸二酐(3,3′-HQDPA)和3,3′,4,4′-三苯二醚四甲酸二酐(4,4′-HQDPA)的混合物与3种不同的二胺单体合成了3种系列的苯乙炔封端的热固性聚酰亚胺树脂,其中二胺为4,4′-二氨基二苯醚(ODA),4,4’-二氨基-2,2’-双三氟甲基联苯(TFDB)和2-苯基-4,4′-二氨基二苯醚(p-ODA)。文中系统地研究了酰亚胺预聚物的结构和相对分子质量对预聚物的聚集态结构、熔体黏度及对固化后薄膜的热性能、力学性能的影响。研究结果表明,与ODA和TFDB不同,p-ODA的特殊化学结构使得由它合成的酰亚胺预聚物(相对分子质量为750)表现为无定形态,并在低温区具有极低的熔体黏度。它在200℃至280℃区间内任意温度恒温2 h后,熔体黏度都低于1 Pa·s,更适宜RTM成型。     

高透明度可溶性聚酰亚胺共聚物的合成与表征

将含有柔性异亚丙基团的4,4'-(4,4'-异亚丙基二苯氧基)双苯酐(BSAA)与3,3',4,4'-二苯醚四酸二酐(ODPA)共同作为二酐单体与4,4'-二氨基二苯砜(DDS)共聚得到含砜基的聚酰亚胺,研究了共聚物在多种常用溶剂中的溶解性,并检测了共聚物薄膜的可见光透过性能和玻璃化转变温度,探讨了共聚物的溶解性、光透过性能以及玻璃化转变温度与柔性单体含量之间的关系.     

含芴共聚聚酰亚胺胶黏剂的合成与性能研究

以3,3’,4,4’-二苯甲醚四甲酸酐(ODPA)为二酐单体,采用等摩尔分数的9,9’-二(4-氨基苯基)芴(BAFL)和3,4’-二氨基二苯醚(3,4’-ODA)、4,4’-二氨基二苯醚(4,4-’ODA)、1,3-双(4-氨基苯氧基)苯(1,3,4-APB)或1,4-二(4’-氨基苯氧基)苯(1,4,4-’APB)分别共聚制备含芴共聚聚酰亚胺(CPI)薄膜。对CPI薄膜进行FT-IR,DMTA,TGA和拉伸性能的测试。采用部分酰亚胺化的CPI薄膜与不锈钢黏结,制备单搭接黏结件,测试其室温及高温拉伸剪切强度,进而比较其黏结性能。结果表明,含芴CPI薄膜具有较好的力学性能和热性能。BAFL,3,4’-ODA与ODPA共聚所得CPI薄膜的黏结性能最好,室温拉伸剪切强度达到19.2MPa,250℃仍然可达13.4MPa。