新型可溶性高性能聚芳醚酮的设计、合成及其电纺纳米纤维的制备研究

In this project,from the standpoint of macromolecules design, we will design and synthesize new aromatic ether monomers containing diphenyl, naphthalene, anthracene, pyrene-substituted pyridine moieties and new bisphenol monomers containing fluorinated triphenylphosphine oxide-substituted pyridine moieties. Then we will prepare novel organosoluble high-performance poly(aryl ether ketone)s containing pendant diphenyl, naphthalene, anthracene and pyrene groups and 2,6-diphenylpyridine moieties from these aromatic ethers via an electrophilic polycondensation with various aromatic diacid dichlorides and novel organosoluble high-performance poly(aryl ether ketone)s containing pendant fluorinated triphenyl- phosphine oxide groups and 2,6-diphenylpyridine moieties from these bisphenols via a nucleophilic polycondensation with various bisfluoro compounds, and the structures and properties of these polymers will be investigated. We will prepare corresponding poly(aryl ether ketone) nanofibres and nanofibre membrane materials with diameters of 100-200 nm having high heat resistance(Tg＞250℃,Td＞540℃),high flame retardance, good mechanical properties, low dielectric constants, acid and alkali resistance, high temperature hydrolysis resistance by an electrospinning technique and the optimization of electrospinning conditions. The structures and sizes of resulting nanofibres, mechanical properties of single nanofibre, the structures, pore diameters, morphology, mechanical strengths and surface area of nanofibre membrane materials will be characterized by SEM, TEM, XRD, micro single-nanofibre tensile testing machine, etc.. We will also explore applications of poly(aryl ether ketone) nanofibre membrane materials with excellent comprehensive properties in cell industry, pharmaceutical science, high temperature filter and air purification fields. The research results of this project will expand application scope of poly(aryl ether ketone)s.

本项目从高分子设计角度出发，首先设计合成含联苯、萘、蒽、芘取代吡啶结构的新芳醚单体和含氟化三苯基氧化膦取代吡啶结构的新双酚单体，继而通过它们分别与芳二酰氯单体的亲电缩聚、与双氟单体的亲核缩聚或它们作为第三单体参与的共缩聚反应，合成含联苯、萘、蒽、芘等刚性大体积侧基或氟化三苯基氧化膦侧基和2,6-二苯基吡啶结构的两大类新型可溶性高性能聚芳醚酮树脂，并用常规方法对其结构、性能进行表征和测试。运用电纺丝技术，通过优化电纺条件，制备出具有高耐热性（Tg＞250℃,Td＞540℃）、高阻燃性、机械力学性能好、介电常数低、耐酸碱和耐高温水解等优异综合性能且直径在100-200 nm的聚芳醚酮纳米纤维及其膜材料，用SEM、TEM、XRD、纳米单纤维力学性能测试仪、电子万能拉伸仪等对其结构和性能进行表征和测试，初步探索其在电池工业、医药科学、高温过滤、空气净化等领域中的应用，以拓展聚芳醚酮的应用领域。

按计划任务书的要求，本项目要开展几种含联苯、萘、蒽、蓖取代吡啶结构的新芳醚单体的制备研究, 继而将其与芳二酰氯在亲电聚合条件下进行缩聚反应合成一系列主链含联苯、萘、蒽、蓖取代吡啶结构的新型可溶性聚芳醚酮共聚物，并进行电纺纳米纤维的制备研究。然而，在经过半年多的研究发现，以对-苯氧基苯乙酮或对-羟基苯乙酮为起始原料与芳醛进行缩合反应合成吡啶环时，由于苯氧基或羟基的推电子作用，使得苯乙酮中甲基氢酸性降低，难以与各种芳醛顺利进行缩合成吡啶环反应，未能得到我们所期望的含联苯、萘、蒽、蓖取代吡啶结构的新芳醚单体。制备系列主链含联苯、萘、蒽、蓖取代吡啶结构的新型可溶性聚芳醚酮共聚物将非常困难。针对传统聚芳醚酮存在玻璃化转变温度较低和加工温度高等不足，开发具有优异综合性能的新型聚芳醚酮类高性能高分子材料有着重要的理论和实际意义。本项目我们首先设计、合成了含联苯、萘、酰胺、酰亚胺结构的新芳醚单体，继而研究了它们在亲电聚合条件下与芳二酰氯的聚合反应或与二苯醚/4,4'-二苯氧基二苯甲酮、芳二酰氯的三元共聚合反应，合成了系列新型聚芳醚酮树脂，用FT-IR、DSC、TG、WAXD等分析方法对所合成的聚合物进行了表征和性能测试。实验结果表明：主链含联苯、萘、酰胺或酰亚胺结构的聚芳醚酮树脂因其刚性的增加或氢键的存在，具有比已商业化的PEEK、PEKK更高的玻璃化转变温度；通过控制这些刚性基团的含量，可以方便制备出具有高玻璃化转变温度(Tg>170℃),适宜的熔融温度(Tm:320-340℃)的半结晶性新型聚芳醚酮树脂，该类树脂具有优异的机械力学性能、耐热性能和良好的抗溶剂和耐化学腐蚀性能，特别适用于作为高性能复合材料的树脂基体。总之，通过在聚芳醚酮的主链上引入适量的联苯、萘、酰胺基或酰亚胺基，既可提高其玻璃化转变温度，又可改善其熔融加工性能，获得具有优异综合性能的聚芳醚酮类高分子材料。