论文部分内容阅读
聚芳醚砜（PAES）是一类性能优异的特种工程塑料，迄今已在各领域得到广泛应用。PAES的主链主要由苯环、砜基和醚键组成，它集高耐热性、热氧稳定性、优良力学性能以及良好的加工性于一身，是一种不可多得的理想型塑材。然而PAES在性能上也存在缺陷，由于含有较多的砜基与醚键，使它的表面表现出亲水特性，在一些应用场合显示出不足，例如在做成体形材料时不易脱模；作为涂料形成涂层后，自清洁能力比较差。因此，对聚芳醚砜进行疏水改性成为一项很有意义的工作。在聚芳醚砜中引入一种低表面能的物质可以提高材料的疏水性能，我们选择了有机硅中的聚二甲基硅氧烷（PDMS）。PDMS主链由重复的Si-O键组成，解离能达4.6105J/mol，结合十分牢固，使PDMS具有耐热、耐候、抗氧化、阻燃、耐电晕、抗电弧、抗氧等离子体及耐辐射等特性；PDMS分子呈螺旋结构，主链上的甲基朝外排列，并绕Si-O链旋转，引起分子体积变大，内聚能密度降低，由此导致玻璃化温度低，表面能及表面张力小，溶解度参数低，介电常数以及气体透过率变大等，同时也带来了憎水、脱模以及物性随温度变化小等性能。所以PDMS可以作为疏水改性物质加入到PAES体系中。由于聚二甲基硅氧烷与聚芳醚砜的表面能相差太大，不能通过物理共混的方式将二者结合，只能通过化学方法连接。本论文的目的就是通过分子设计，在聚芳醚砜的主链上引入疏水性较好的聚二甲基硅氧烷，来改善聚芳醚砜材料的表面性质，使其由亲水性变为疏水性。论文的主体内容分为两大部分，一部分是聚芳醚砜-聚硅氧烷接枝共聚物的合成及表征；另一部分为该共聚物在涂料中的应用研究。在第一部分中，经过大量实验摸索，选定以4,4’-二氯二苯砜、联苯二酚、4,4’-二羟基苯戊酸为单体，通过共聚合成PAES主链，然后在主链的侧基羧基上接上烯丙基，再通过硅氢加成将聚硅氧烷引入到聚合物中。红外测试谱图中出现了Si-O-Si的吸收宽峰，以及烯丙基上各特征峰的减弱；氢核磁谱图中出现了PDMS链上氢的化学位移，还有关键位置PDMS与PAES相连处亚甲基的氢位移，这都说明PDMS已成功连接到PAES主链上。并用氢核磁计算了接枝率，约在46~50%之间。经接触角测试，发现PDMS引入前后，聚合物的接触角有较大变化，大约提升了20度，最高值超过106度，接近纯PDMS固形物的接触角。引入PDMS的聚合物较纯PES提升了约23度，说明改性后的聚芳醚砜在疏水改性方面达到了预期目标。通过DSC、TGA测试发现PDMS的引入使PAES的热性能下降，又考虑到成本因素，所以我们认为，将合成的疏水性聚芳醚砜直接应用于涂料并不合适。于是选择了聚醚砜（PES）与合成的聚合物进行溶液共混，以期达到性能互补的效果。后一部分就是我们的共混研究，前面我们合成了PDMS含量不同的三种接枝聚合物，经过性能分析，最终选定30%PAES-PDMS作为共混的基料。因为共聚物的溶解性非常好，所以可以进行溶液共混。将30%PAES-PDMS与纯PES以不同比例混合后溶于DMF中，搅拌足够长的时间使它们充分混合，倒于铝板之上，在较低的温度下烘干，以便让PDMS有足够的时间去富集。涂层制备完毕后，首先进行了接触角测试，发现所有的涂层表面仍表现出疏水特性。通过数据分析，PDMS在涂层表面的富集并不十分均匀，涂层厚一些的地方富集较为充分，而薄一些的地方由于溶剂蒸发较快，涂层固化也快，PDMS来不及充分富集，分子链结构已被锁定。整个涂层并没有出现相分离的现象，接触角数值也只是在小范围内有所波动。在硬度、柔韧性及无机耐腐蚀测试中，共混物也有较好表现。总之，我们成功的合成了聚芳醚砜-聚硅氧烷疏水性聚合物，在聚硅氧烷接枝率不高的情况下，产物依然表现出良好的疏水性能。选定综合性能最好的30%PAES-PDMS与PES进行共混，经测试，共混涂层的疏水性得到明显提高。