C-N偶聯(lián)合成聚亞胺酮及其分子模擬與結(jié)構(gòu)改性研究.pdf

1、基于顯著的物理化學(xué)性能，諸如：耐高溫、耐輻射、高強(qiáng)度、高模量等，聚芳醚酮類聚合物作為高性能材料已成為航空、航天、核能、電子、電器、精密機(jī)械等軍工和國(guó)民經(jīng)濟(jì)等重要行業(yè)部門不可缺少的材料。然而目前廣泛應(yīng)用的高性能聚合物材料都存在著不同程度的缺陷，無(wú)法滿足人們的需求，這就使得性能更加完善的聚合物材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用備受關(guān)注。目前，計(jì)算機(jī)模擬作為實(shí)驗(yàn)及理論研究之后的新型科學(xué)研究方法正逐步受到研究者的廣泛關(guān)注，利用計(jì)算機(jī)模擬對(duì)所設(shè)計(jì)的高分子進(jìn)行研究，

2、不但能夠縮短研究周期，降低成本，還能夠比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)聚合物結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。
　　 聚亞胺酮(PIKs)是繼聚醚酮類材料之后出現(xiàn)的一類新型聚芳基耐熱高分子材料，目前已經(jīng)被初步合成及應(yīng)用。由于其熱穩(wěn)定性良好，溶解性能優(yōu)異等顯著的物理性能特點(diǎn)逐步受到人們的廣泛關(guān)注。聚亞胺酮分子結(jié)構(gòu)中的芳環(huán)通過(guò)羰基和亞胺基相連，理論上使得聚醚酮、聚苯胺和聚芳酰胺的優(yōu)異性能得以綜合。但目前對(duì)于聚亞胺酮的研究還處于初級(jí)階段，所獲得的聚合物存在種類單一

3、、分子量不高、催化劑昂貴等缺點(diǎn)，并且人們對(duì)結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的解釋缺乏必要的理論及實(shí)驗(yàn)論證。本研究從計(jì)算機(jī)模擬的角度出發(fā)，通過(guò)模擬不同結(jié)構(gòu)的聚亞胺酮來(lái)分析其性能特點(diǎn)；并在計(jì)算機(jī)模擬與分子設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)引入特定基團(tuán)來(lái)改性聚亞胺酮，獲得性能良好的功能性材料；然后將其制備成高性能薄膜，進(jìn)行初步的應(yīng)用研究。另外積極尋找新的合成方法，解決目前鈀催化C-N偶聯(lián)合成聚亞胺酮類材料催化劑昂貴，步驟繁瑣等缺陷，采用銅催化C-N偶聯(lián)以及親核取代的方法獲

4、得聚亞胺酮。本研究?jī)?nèi)容如下：
　　 (1)通過(guò)控制不同的羰基與亞胺基的數(shù)量及比例合成結(jié)構(gòu)不同的聚亞胺酮類材料，利用MS軟件對(duì)各聚合物進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)模擬，并針對(duì)部分性能進(jìn)行模擬計(jì)算。通過(guò)對(duì)計(jì)算值與實(shí)際測(cè)試性能相比較，結(jié)果吻合性良好，證明利用分子模擬預(yù)測(cè)聚合物結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系具有可行性。
　　 (2)對(duì)聚合物進(jìn)行分子設(shè)計(jì)，在計(jì)算機(jī)模擬的基礎(chǔ)上，通過(guò)單體引入特征基團(tuán)來(lái)改性聚亞胺酮。本研究主要分為兩部分：一是將醚鍵引入聚合物鏈

5、，以此來(lái)增大分子鏈的活性，從而達(dá)到提高分子量及改善溶解性的目的；二是分別將“Cardo”結(jié)構(gòu)的芴單元以及單獨(dú)的芴基團(tuán)引入聚亞胺酮分子主鏈，獲得改性的聚亞胺酮類材料。通過(guò)MS軟件模擬分子結(jié)構(gòu)，理論上改性的聚亞胺酮具有更加優(yōu)異的性能。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明改性的聚亞胺酮在保持了良好的熱穩(wěn)定性的同時(shí)，溶解性大幅度提高，與模擬計(jì)算值吻合性良好。并且芴基團(tuán)引入了光學(xué)性能使其綜合性能更加優(yōu)異，成為高性能聚合物中極具應(yīng)用前景的備選材料。
　　 (3

6、)鑒于合成聚亞胺酮類材料催化劑昂貴，合成路線復(fù)雜等缺陷，對(duì)新的催化體系及合成工藝進(jìn)行探索。本研究主要分為兩方面：一是尋找合適的催化體系來(lái)替代昂貴且有毒的Pd/P催化體系，選用廉價(jià)易得的銅催化體系來(lái)催化反應(yīng)；二是利用活性強(qiáng)的單體，采用有機(jī)親核取代反應(yīng)獲得聚亞胺酮類材料。該反應(yīng)，無(wú)需催化劑及配體，步驟簡(jiǎn)單，短時(shí)間內(nèi)即可獲得分子量巨大的聚合物，性能更加優(yōu)異。
　　 (4)對(duì)改性的聚亞胺酮類材料進(jìn)行初步應(yīng)用研究。分別采用熱壓法和流延法將