POSS接枝聚苯并咪唑共聚物的制備及其性能研究.pdf

1、聚苯并咪唑(PBI)是一類機(jī)械性能、熱性能、耐化學(xué)腐蝕性等綜合性能優(yōu)異的工程塑料，這些優(yōu)異的性能使其在很多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。但是由于PBI主鏈的剛性太強(qiáng)，且分子鏈間存在大量氫鍵，因此PBI的溶解性差，限制了其發(fā)展應(yīng)用。多面體齊聚倍半硅氧烷(POSS)是一類具有納米尺度的籠型分子，它兼具無機(jī)Si-O-Si剛性內(nèi)核以及外部有機(jī)基團(tuán)，POSS目前已被應(yīng)用于聚合物改性，來獲得綜合性能良好的POSS/聚合物材料。
　　本論文以單官能化的

2、七苯基POSS為原料，來制備一種新型POSS接枝PBI共聚物，以期獲得熱性能、溶解性能、機(jī)械性能等綜合性能良好的PBI材料。
　　通過頂角蓋帽法制備了單官能化的3-氯丙基七苯基POSS(Cl-POSS)，再經(jīng)過碘置換反應(yīng)制備了3-碘丙基七苯基POSS(I-POSS)。采用紅外光譜(FT-IR)、核磁共振(1H NMR、13C NMR、29Si NMR)、元素分析(EA)對合成的Cl-POSS和I-POSS對合成的Cl-POSS和I

3、-POSS進(jìn)行了表征，結(jié)果表明得到了預(yù)期結(jié)構(gòu)的Cl-POSS和I-POSS。X射線粉末衍射(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)結(jié)果表明I-POSS是一種高度結(jié)晶的物質(zhì)。熱重分析(TGA)結(jié)果表明Cl-POSS和I-POSS均具有較好的熱穩(wěn)定性。
　　以I-POSS為原料，將聚苯并咪唑主鏈咪唑環(huán)上的N-H基團(tuán)與I-POSS通過N-取代反應(yīng)，制備了一系列不同POSS含量的新型POSS接枝PBI共聚物(PPBI)。同時采用物理共混的方法

4、制備了相同含量POSS的PBI/POSS物理共混聚合物(PBIB)。通過元素分析計(jì)算出了POSS在PPBI分子鏈上的實(shí)際取代度為11.26～27.13％，重量含量為31.70～57.76％。特性粘數(shù)測試表明，PPBI系列聚合物的特性粘數(shù)要比相應(yīng)的PBI的特性粘數(shù)略微降低，且PPBI接枝的POSS的基團(tuán)越多，其特性粘數(shù)越小。溶解度測試表明，PPBI系列聚合物溶解性能比相應(yīng)的PBI聚合物溶解性能有明顯改善，常溫下可溶于一些常見的有機(jī)溶劑中。

5、
　　利用XRD和SEM研究了POSS的引入對PBI聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的影響以及POSS在PBI聚合物中的分散性，結(jié)果表明，POSS接枝到PBI分子鏈上使分子鏈堆砌的緊密程度下降，且POSS基團(tuán)能夠很好的分散在PBI聚合物中， SEM圖中看不到明顯的POSS的聚集區(qū)，而POSS共混在PBI體系中時，POSS在PBI基體中出現(xiàn)了大量的結(jié)晶，SEM圖中可明顯的看出存在兩相區(qū)存在。
　　機(jī)械性能測試結(jié)果表明，POSS接枝PBI聚合

6、物的最大楊氏模量為4.72 Gpa，隨著POSS含量的增加先增大后減小，但均比相應(yīng)的PBI聚合物要高，斷裂強(qiáng)度最大為85.00 Mpa，且隨著POSS含量的增加也出現(xiàn)先增大后減小現(xiàn)象，斷裂伸長率隨POSS含量增大而減小。而POSS與PBI共混聚合物的楊氏模量最大為0.60 Gpa，小于相應(yīng)的PBI的1.36 Gpa，、斷裂強(qiáng)度從純PBI的70.83 Mpa降至6.14 Mpa，斷裂伸長率由6.32％降至2.6％，三者均隨POSS含量增大