维普资讯 http://www.cqvip.com 第28卷第4期 青岛科技大学学报(自然科学版) Vo1.28 No.4 2007年8月 Journal of Qingdao University of Science and Technology(Natural Science Edition) Aug.2007 文章编号:1672—6987(2007)04—0305—03 新型高性能材料一聚亚胺酮(PIK一Ⅲ)的合成与性能 常冠军 ,王 强 , 。林润雄¨ (1.青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室,山东青岛266042f 2.中国工程物理研究院,四川绵阳621900) 摘要:以1,4一双一(4L溴苯酰基)苯和芳香二胺为单体,通过钯催化的胺化反应缩聚合成 了高性能聚合物一聚亚胺酮(PIK一Ⅲ)。其结构由红外和核磁氢谱表征,结果与理论产物吻 合良好。对PIK-III的主要性能进行了测定,结果表明,该聚合物具有一定的耐热性能( 一233.09。C,TD>500。C)和优良的溶解性能。 关键词:芳香二胺;合成;聚亚胺酮 中图分类号:TQ 323 文献标识码:A Synthesis and Properties of Poly(imino ketone)一3 as Novel High—performance Polymer CHANG Guan-jun ,WANG Qiang ,ZHANG Lin ,LIN Run-xiong (1.Key Laboratory of Rubbe p1astics,Ministry of Education,Qingdao University of Science and Technology, Qingdao 266042,China;2.China Academy of Engineering Physics,Mianyang 621900,China) Abstract:Poly(imino ketone)一3(PIK一111),a novel polymer of high performance,was synthesized via palladium—catalyzed polycondensation reaction using 1,4-bis一(4-bromo— benzoy1)benzene and aromatic diamine as monomers.The structure of PIK一111 was char- acterized by FT—IR and H NMR.The main properties of PIK一111 were studied by DSC and TG.It was showed that PIK一111 was of good thermal stability(t一233.09℃,丁D >500。C)and excellent solubility. Key words:aromatic diamine;synthesis;poly(imino ketone) 聚酰胺(PAAs)、聚醚酮(PEKs)和聚酰亚胺 1 一联萘一2.2'-二苯膦(BINAP)为配体 ,通过胺 (PI)等作为高性能材料已被开发并得到应用。这 化缩聚反应[103合成了新型聚亚胺酮(PIK一111)。 些高性能材料可用于航空、航天、微电子等高新技 术领域[1 ]。作为新型高性能材料聚亚胺酮PIK一 1 实验部分 工和PIK一Ⅱ已被成功合成口 ]。为了进一步提高 1.1主要原料 聚亚胺酮系聚合物在普通有机溶剂中的溶解性 1,4一双一(4 一溴苯酰基)苯,本实验室合成[5 ; 能,通过二胺单体在PIK分子链中引入侧甲基以 芳香二胺,日本进口;三(二亚苄基丙酮)二钯(Pdz 增加分子间距离,减少分子间作用力,从而提高聚 (dba)。),美国进口;1.1L联萘一2.2L二苯膦(BI— 合物在溶剂中的溶解性能。本研究以1,4一双一 NAP):纯度≥97 ,旋光度一234。(CO. (4 一溴苯酰基)苯[5 和芳香二胺为单体,三(二亚 3toluene),石家庄市圣佳化工有限公司;N,N--- 苄基丙酮)二钯(Pd2(dba)。)为主催化剂[6 ],1. 甲基乙酰胺,质量分数≥99.5%,天津市广成化学 收稿日期:2006—12—07 基金项目:国家自然科学基金项目(10576017) 作者简介:常冠军(1981~),男,硕士研究生. *通讯联系人 维普资讯 http://www.cqvip.com 306 青岛科技大学学报(自然科学版) 第28卷 试剂有限公司生产。 1.2仪器测试 Perkin—Elmer SP one FT—IR光谱仪,美国, KBr压片;Bruker Vance 400MHz型核磁共振 仪,瑞士,溶剂DMSO-d6,内标TMS;Perkin—El- me/"Pyrisl DSC仪,美国,氮气氛围,气体流速为 20 mL・min~,升温速度为10℃・min~;岛津 DT-40型热分析仪,日本,升温速度10℃・ min~,氮气氛围;7]inh配成5 g・L 的浓硫酸溶 液,在25℃恒温水槽中用乌氏粘度计测定,按照 ‰h—c_。lnt1/to计算。 1.3 PIK-Ⅲ的合成 氮气保护下,在三口烧瓶(50 mL)中依次加 入1,4-双一(4 一溴苯酰基)苯5 mmol,芳香二胺5 mmol,叔丁醇钠NaOt-Bul 3.0 mmol,钯催化剂 Pd2(dba)3 0.05 mmol,配体BINAP 0.15 mmol, 二甲基乙酰胺(DMAc)15 mL。把烧瓶浸没在 100℃的油槽中搅拌5 h,升温至150℃继续搅拌 20 h。得到的聚合物溶液缓慢冷却至室温,过滤, 倒入冷水中,过滤,用水和甲醇冲洗,最后在真空 状态下175℃干燥即可得到PIK-Ⅲ。 2结果与讨论 2.1 PIK-Ⅲ的合成机理及相对分子质量 (1)合成机理。以1,4-双一(4,_溴苯酰基)苯 和芳香二胺为单体,(Pd。(dba)。)和BINAP为催 化体系缩聚合成了PIK一Ⅲ。合成路线如下: Br-《二 j Br-H N NH NaOt-Bu(13 00mmo1)I BINAP(0.15mmo1) Pd (dba)3(0.05mmo1)f DMAc(15mL) (2)相对分子质量。对合成产物PIK-Ⅲ测定 对数比浓黏度枷n,其 n在0.6 dL・g 以上,即 可得到相对应的分子质量在12 800以上。表明 PIK一Ⅲ属于高分子量的聚合物。 2.2 PIK-Ⅲ的链结构与聚集态结构 通过FT-IR和 H NMR对PIK一Ⅲ进行了结 构表征,结果见图1、图2。 由图1和图2可知,FT—IR(KBr压片):NH 的吸收峰在3 360 cm一;C—O的吸收峰为 1 644 cm_。,3 028 cm 为芳环c—H吸收峰;甲 图1 PIK-I的远红外分析谱图 Fig.1 FT-IR spectrum of poly(imino ketone)-Ⅲ 采磊 图2 PIK-I的核磁氢谱 Fig.2 H NMR spectrum of poly(imino ketone)一m 基C—H伸缩振动峰在2 961 cm~;C—N的特 征峰在1 307 cm~; H—NMR(700MHz,DMSO— d6,373K): 一8.78(s,NH);7.94(d,H一1 ); 7.66(d,H一1+2 );7.05(d,H一2+3 );6.80(s, H一4 );6.44(d,H一5 );4.71(S,NH2);1.55 (s,H-6,CH。),测定结果与理论相吻合。 对PIK一Ⅲ粉末进行X一射线广角衍射 (WAXD),结果见图3,图4。 图3 PlK_Ⅱ的x.射线广角衍射 Fig.3 WAXD of poly(imino ketone)一Ⅲ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第4期 常冠军等:新型高性能材料一聚亚胺酮(PIK一Ⅲ)的合成与性能 307 图4 X-射线广角衍射PIK-Ⅲ的无定形态 Fig.4 WAXD image showing the amorphous halo of poly(imino ketone)一Ⅲ 由图3,图4结果表明,PIK—IlI为无定形态, 即非晶高聚物。图3中没有明显的结晶衍射峰, 分子之间无序排列。PIK—IU良好的溶解性能也 反映出其聚集态结构为无定形态。 2.3 PIK_Ⅲ热性能 图5为PIK—IlI的DSC曲线。曲线中显示出 一个显著的T (T 一233..09℃),比PIK—I和 PIK一Ⅱ稍低。与其他高性能聚合物相比,PIK—IlI 的T 高于聚醚酮类聚合物(129~167℃),而低 于芳香族聚酰胺类聚合物(292 ̄319℃),这与聚 合物的分子结构以及分子间作用力相关。 I厂/ 、\一辈/—警 瑟一 9℃ 50 100 150 200 250 300 350 400 "℃ 图5 PIK-Ⅲ的DSC分析 Fig.5 DSC of poly(imino ketone)-Ⅲ 图6为PIK一Ⅲ的热重分析曲线。由图6可 以知道,PIK—III热分解温度To>500℃,具有良好 的耐热性能,但比PIK—I和PIK一Ⅱ稍低。与其 它耐高温材料相比PIK—III表现出相对较高的热 稳定性,当温度升高至520℃左右时聚合物仍然 稳定,氮气条件下失重5O 时温度要升高至800 ℃以匕。 .曼 目 ● 1O0 200 300 400 500 600 700 800 900 "℃ 圈6 PIK-Ⅲ热t分析曲线 Fig.6 TG curve of poly(imino ketone)一IH 2.4 PIK-Ⅲ溶解性能 聚合物的溶解度由溶剂的性质,分子量大小 及化学结构等因素决定。PIK一Ⅲ不仅可以溶解 在极性有机溶剂中(室温条件),如吡咯烷酮 (NMP),二甲基乙酰胺(DMAc),二甲基亚砜 (DMSO)和二甲基甲酰胺(DMF),而且也可很好 地溶解在其他普通有机溶剂中,如氯仿(CHCl。)。 表1比较了聚亚胺酮在不同有机溶剂中的溶解性 能。 表1聚亚胺酮的溶解性能 Table 1 Solubility behavior of poly(imino ketone)S 注:++:在室温条件下溶解;+一:在50"C条件下溶解 ~一:在50"C条件下溶胀(5mg PIK溶于1 mL溶剂中) 由表1可知,与PIK—I和PIK一11相比,PIK一 Ⅲ的溶解性能提高,解决了高分子聚合物在普通 有机溶解中难以溶解的难题。 3结论 由1,4一双一(4'-溴苯酰基)苯和芳香二胺,加 入钯催化剂及其配体缩聚合成了PIK—IlI,其具有 较高的玻璃化转变温度( 一233.09℃),良好的 热稳定性(T。>500℃)以及良好的溶解性,比 PIK—I和PIK一Ⅱ在有机溶剂中的溶解性能有所 提高。 (下转第336页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 336 青岛科技大学学报(自然科学版) 34(4):437—445. 第28卷 格法求解域中的离散点连接成背景三角形网格, 然后用每个背景三角形网格的三个顶点物理量的 平均值所对应的颜色填充该三角形区域,从而生 成无网格法数值结果云图的方法切实可行、效果 理想。 [83周小平,周瑞惠.基于Voronoi图的新型几何插值及其与传 统代数插值方法的比较[J].岩石力学与工程学报,2005,24 (1):133—138. 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