功能性聚苯基喹噁啉的分子设计、合成与性能研究

聚苯基喹噁啉（polyphenylquinoxaline, PPQ）是一类具有优良综合性能的有机芳杂环聚合物材料。其优异的耐热稳定性、耐水解稳定性以及良好的电子传输特性使其在众多高技术领域中具有良好的应用前景。但传统PPQ材料的高合成成本以及相对单一的性能限制了其广泛应用。本课题拟在以往工作的基础上对传统PPQ材料进行改性，通过采用低成本合成路线将含氟或含磷基团引入新型四酮单体中。利用合成的四酮单体与商业化四胺单体聚合，制备新型含氟PPQ与含磷PPQ。系统研究含氟与含磷PPQ的结构与其常规性能，包括溶解性能、耐热性能、介电性能、光学性能的关系。同时深入研究含氟PPQ的结构与耐高温水解特性以及含磷PPQ的结构与耐原子氧特性的关系。最后初步考察含氟PPQ在耐高温水解涂层、含磷PPQ在耐原子氧涂层中的应用基础问题，为未来开发高性能功能性PPQ材料提供理论依据与基础数据。

本课题拟在以往工作的基础上对传统聚苯基喹噁啉（PPQ）材料进行改性，通过采用低成本合成路线将含氟或含磷基团引入新型四酮单体中。利用合成的四酮单体与商业化四胺单体聚合，制备新型含氟PPQ与含磷PPQ。系统研究含氟与含磷PPQ的结构与其常规性能的关系。同时深入研究含氟PPQ的结构与耐高温水解特性以及含磷PPQ的结构与耐原子氧特性的关系。最后初步考察含氟PPQ在耐高温水解涂层、含磷PPQ在耐原子氧涂层中的应用基础问题，为未来开发高性能功能性PPQ材料提供理论依据与基础数据。. 课题从2012年1月起开始实行。经过对国内外相关领域的调研，我们确定了功能性含氟以及含磷PPQ的分子结构。含氟PPQ方面，我们确定将三氟甲基引入四酮化合物分子结构中，制备具有优良溶解性、耐热性、低介电以及耐水解稳定性的含氟PPQ材料。含磷PPQ方面，我们确定将二苯基氧化磷（DPPO）引入PPQ分子结构中，制备兼具良好耐热稳定性、溶解性以及抗原子氧特性的含磷PPQ材料。同时，在含磷PPQ材料方面，针对传统PPQ薄膜等材料阻燃性以及抗原子氧特性差等缺陷，设计了一系列含磷阻燃剂，希望在传统PPQ材料中加入上述阻燃剂，在赋予PPQ良好阻燃特性的同时，利用含磷填料与原子氧作用原位生成磷酸盐钝化层的特性，来赋予含磷PPQ良好的抗原子氧特性。2013年，我们确定了重要单体，包括含氟四酮、含磷四酮、含磷阻燃剂的实验室制备与纯化技术，并且获得了足够数量的高纯度单体。随后，我们展开了含氟PPQ与含磷PPQ的制备研究。系统研究了各类单体的聚合活性，并据此选择了适宜的聚合方法。经过研究，最终确立了几类功能性PPQ的制备工艺。2014年度，系统研究并确定了功能性基团的种类、取代基位置、含量对PPQ薄膜的耐热性能、溶解性能、光学性能、介电性能以及耐水解性能的影响规律。通过优化，成功制备了一系列新型PPQ薄膜，该系列薄膜为目前文献中最耐水解的高温聚合物之一。2015年度，最后我们将数据归纳总结，撰写了研究论文、专利与各项报告。. 本课题通过研究成功掌握了功能性PPQ材料的化学制备方法以及结构与性能的关系，这为后续开展相关材料的应用研究奠定了良好的基础。本研究成果共发表研究论文16篇，其中SCI收录14篇；参与撰写国外书籍2章；申请中国发明专利5项，美国发明专利1项；组织2次国际会议。