《高性能聚合物聚碸的綠色合成新策略》是依託北京師範大學，由劉正平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高性能聚合物聚碸的綠色合成新策略
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：劉正平
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高性能聚合物聚碸是一類非常重要的高分子，因其具有可在高溫下長期使用等優異的綜合性能，而被廣泛套用於高科技、軍工、航天和航空等領域。然而，該類聚合物的生產工藝存在能耗高、反應周期長等瓶頸問題始終未能得到實質性的解決，其昂貴的價格一直制約了其在一般民用領域的拓展。近年來，被譽為可設計型綠色溶劑的離子液體已在高分子合成領域中顯示出其獨特的套用潛力，將其作為反應介質引入高性能聚碸的製備中有望解決上述問題。本項目擬以（複合）離子液體（離子液體/兩性離子）為介質合成高性能聚碸，重點研究其重要品種之一- - 雙酚A型聚碸（PSF）；以動力學實驗研究為手段，採用傳統和現代相結合的測試與表征方法，系統地研究單體的反應活性和起始濃度、離子液體的種類、複合離子液體的組成、成鹽劑的種類和用量、帶水劑的種類和帶水時間、聚合反應溫度和聚合時間等反應條件對聚合反應的影響，發現聚合反應的規律，以實現高性能聚碸的綠色合成。
結題摘要
工業製備高性能聚合物通常遵循親核取代逐步聚合機理，採用兩步法（先成鹽後聚合）；需要充足的帶水時間（通常＞2.5 h）；聚合溫度較高（180-300 ℃）；使用沸點較高以及溶解能力較強的有機溶劑。使得聚合物的製備過程存在反應時間長、能耗高、步驟繁瑣、可選擇的溶劑有限等不足。將綠色溶劑離子液體引入聚合物的合成中，以期在溫和反應條件下製得高性能聚合物。並系統地研究了離子液體對聚合反應的影響，建立起具有普適性的在離子液體中進行親核取代聚合反應的一般規律。針對以上問題，本項目的研究工作圍繞以下內容展開： 首先，合成了一系列二烷基取代咪唑型離子液體和兩性離子型離子液體——烷基取代咪唑磺酸鎓鹽，這兩類離子液體具有較高的熱穩定性，可作為製備高性能聚合物的反應介質。 提出了在離子液體中製備雙酚A型聚碸、聚醚碸、聚芳醚酮、雙酚AF聚芳醚碸、雙酚AF聚芳醚酮、聚苯硫醚碸和聚醚苯硫醚碸等高性能聚合物的新方法。研究了成鹽劑種類及用量、帶水劑種類、離子液體陰陽離子結構、兩性離子種類、離子液體與兩性離子質量比、兩性離子作用、單體反應活性、固含量、帶水時間、聚合溫度及時間對聚合反應的影響，並對聚合物結晶性能、耐熱性能、機械性能及微觀結構等表征；研究離子液體在聚合反應過程中的作用；證明離子液體中製得的高性能聚合物具有工業套用價值。 以離子液體和兩性離子為複合反應介質所制聚碸、聚醚碸、聚芳醚酮、雙酚AF型聚芳醚碸、雙酚AF聚芳醚酮、聚苯硫醚碸、聚醚苯硫醚碸的相對分子質量分別為5（Mn）、2（Mn）、1-2.7（Mn）、1-9（Mw）、1.7（Mw）、2.5（Mw）和9.3萬（Mw）。研究結果表明，兩性離子提高了單體在複合介質中的溶解度，且有效的調節了反應介質的pH值，與雙酚單體在較高溫度下生成酸性更高的布魯斯特酸型離子液體中間體，極大的提高了成鹽反應速率，縮短了帶水時間（節省至少80 %以上）；改變離子液體陰離子種類，可改善離子液體形成氫鍵的能力（β），β值越高，離子液體與單體間相互作用越強，不利於親核取代反應的進行，β值較低，即陰離子為PF6-時，這一相互作用非常弱，對聚合反應無明顯影響。回收的離子液體可多次反覆使用。 與傳統方法相比，此方法具有反應條件更溫和、能耗低、綠色環保的特點。兩性離子和離子液體的特殊作用為高性能聚合物的製備提供了一系列可選擇的溶解能力強、熱穩定性好的綠色溶劑。
