可交聯高分子量聚芳醚腈的合成、結構與性能

通過分子設計一是以2，6-二氯苯甲腈、二元酚為原料合成端羥基的聚芳醚腈（PEN），再用4-硝基鄰苯二甲腈獲得可交聯的PEN；二是通過酚酞啉與2，6-二氯苯甲腈合成側基含羧基的高分子量PEN，再與氨基鄰苯二甲腈酰胺化反應，獲得可交聯的高分子量PEN。研究不同二元酚封端的PEN合成、結構及性能的關係；研究合成條件與配比間的關係；採用化學流變學研究兩類可交聯PEN的交聯反應條件及其共聚物，提出交聯反應的的時間-温度-狀態相圖。研究高分子量PEN及可交聯基團製備高強度、高模量PEN及增韌複合材料的方法及結構性能演變及加工流變特徵。研究可交聯高分子量PEN的熱交聯的分子機理，研究熱塑性加工熱固性應用的關鍵技術及其分子結構控制技術。研究該類可交聯PEN的功能化，通過與納米功能材料的界面反應制備具有高熱穩定性的磁性高分子材料、熒光聚芳醚腈。詳細揭示可交聯高分子量PEN的合成、結構控制與關係。

聚芳醚腈樹脂是一種高性能的熱塑性特種工程塑料，由於具有耐高温、高強度、強韌性、耐化學腐蝕等優異的性能，在航空航天、電子材料、機械加工等領域具備巨大的應用前景。交聯型聚芳醚腈則是通過分子設計，在高分子量聚芳醚腈鏈端或側鏈引入可交聯的鄰苯二甲腈，通過交聯固化反應有效提升聚芳醚腈各項性能，從而進一步拓展聚芳醚腈的應用範圍。 本項目首先合成了一類鄰苯二甲腈封端的高分子量交聯型聚芳醚腈。首先以對苯二酚、聯苯二酚、二氯苯腈為原料，碳酸鉀為催化劑，在N-甲基吡咯烷酮和甲苯混合溶劑中得到酚羥基封端的聚芳醚腈，再通過與4-硝基鄰苯二甲腈反應，得到主鏈交聯型高分子量聚芳醚腈，通過改變4-硝基鄰苯二甲腈的含量可以控制高分子量交聯型聚芳醚腈的交聯度。系統研究高分子量交聯型聚芳醚腈的熱學性能、力學性能、溶解性、耐化學性等各項性能，發現固化前，高分子量交聯型聚芳醚腈的各項性能與未封端的聚芳醚腈相似；固化後，材料的耐熱性、耐腐蝕性、力學性能等都具備不同程度的提升，特別是當4-硝基鄰苯二甲腈的含量為10%時，得到的高分子量交聯型聚芳醚腈固化後的性能最優。 其次，本項目還合成了側鏈交聯型聚芳醚腈。首先以二氯苯腈、雙酚A、酚酞啉為原料，鹼金屬鹽為催化劑，在N-甲基吡咯烷酮和甲苯混合溶劑中進行親核取代聚合反應，得到側鏈含羧基的高分子量聚芳醚腈，然後通過與4-氨基苯氧基鄰苯二甲腈的酰胺化反應得到側鏈含鄰苯二甲腈的可交聯聚芳醚腈。研究發現，接枝鄰苯二甲腈後，可交聯聚芳醚腈經過250°C-280°C的固化反應後，可轉變為熱固性樹脂，耐熱性得到大幅度提升。 最後，本項目還研究了高分子量交聯型聚芳醚腈複合材料的製備與性能，重點研究了可交聯聚芳醚腈的交聯反應機理及其與四氧化三鐵、石墨、碳納米管等納米材料的界面相互作用，控制複合材料的微觀形貌，獲得具備優良熱學性能、介電性能、力學性能的納米複合材料。研究發現，高分子量交聯型聚芳醚腈的鄰苯二甲腈基團對納米填充物起到了增強分散性和界面相容性的作用，因此顯著提升了複合材料的各項性能。 綜上所述，本項目通過分子設計，獲得一系列具備熱塑性加工與熱固性應用特點的高分子量交聯型聚芳醚腈，深入研究了其交聯反應與功能複合材料加工應用，明確了可交聯聚芳醚腈結構與性能的關係。 ^[1]