C-N偶聯(lián)合成聚亞胺酮及其分子模擬與結構改性研究.pdf

1、基于顯著的物理化學性能，諸如：耐高溫、耐輻射、高強度、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、精密機械等軍工和國民經(jīng)濟等重要行業(yè)部門不可缺少的材料。然而目前廣泛應用的高性能聚合物材料都存在著不同程度的缺陷，無法滿足人們的需求，這就使得性能更加完善的聚合物材料的開發(fā)與應用備受關注。目前，計算機模擬作為實驗及理論研究之后的新型科學研究方法正逐步受到研究者的廣泛關注，利用計算機模擬對所設計的高分子進行研究，

2、不但能夠縮短研究周期，降低成本，還能夠比較準確的預測聚合物結構與性能之間的關系。
　　 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逐步受到人們的廣泛關注。聚亞胺酮分子結構中的芳環(huán)通過羰基和亞胺基相連，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。但目前對于聚亞胺酮的研究還處于初級階段，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，并且人們對結構與性能之間關系的解釋缺乏必要的理論及實驗論證。本研究從計算機模擬的角度出發(fā)，通過模擬不同結構的聚亞胺酮來分析其性能特點；并在計算機模擬與分子設計的基礎上，通過引入特定基團來改性聚亞胺酮，獲得性能良好的功能性材料；然后將其制備成高性能薄膜，進行初步的應用研究。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。本研究內(nèi)容如下：
　　 (1)通過控制不同的羰基與亞胺基的數(shù)量及比例合成結構不同的聚亞胺酮類材料，利用MS軟件對各聚合物進行分子結構模擬，并針對部分性能進行模擬計算。通過對計算值與實際測試性能相比較，結果吻合性良好，證明利用分子模擬預測聚合物結構與性能之間的關系具有可行性。
　　 (2)對聚合物進行分子設計，在計算機模擬的基礎上，通過單體引入特征基團來改性聚亞胺酮。本研究主要分為兩部分：一是將醚鍵引入聚合物鏈

5、，以此來增大分子鏈的活性，從而達到提高分子量及改善溶解性的目的；二是分別將“Cardo”結構的芴單元以及單獨的芴基團引入聚亞胺酮分子主鏈，獲得改性的聚亞胺酮類材料。通過MS軟件模擬分子結構，理論上改性的聚亞胺酮具有更加優(yōu)異的性能。實驗測試結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，溶解性大幅度提高，與模擬計算值吻合性良好。并且芴基團引入了光學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，合成路線復雜等缺陷，對新的催化體系及合成工藝進行探索。本研究主要分為兩方面：一是尋找合適的催化體系來替代昂貴且有毒的Pd/P催化體系，選用廉價易得的銅催化體系來催化反應；二是利用活性強的單體，采用有機親核取代反應獲得聚亞胺酮類材料。該反應，無需催化劑及配體，步驟簡單，短時間內(nèi)即可獲得分子量巨大的聚合物，性能更加優(yōu)異。
　　 (4)對改性的聚亞胺酮類材料進行初步應用研究。分別采用熱壓法和流延法將