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近年来,芳香二胺聚合物以其多功能性及多领域的广泛应用前景而成为化学、物理和材
料交叉学科的研究热点之一。梯形结构的苯二胺(PD)聚合物更是以其简易的制备和独特的性
能不断吸引着科学家的研究兴趣。但是其刚性结构导致聚合物难溶难熔,致使加工性能极差,
故而限制了它们的进一步发展。本文通过在刚性的PD聚合物分子链中引入邻乙氧基苯胺
(PHT)链节,使用化学氧化聚合和电化学氧化聚合两类新型聚合方法,合成了三种PD异构体
与PHT的共聚物,并进行了聚合反应、结构和性能表征的系统研究,并且比较了氨基的相对
取代位置对聚合活性的影响。
本文首先通过化学氧化聚合,成功地合成了三种PD异构体与PHT的一系列共聚物,并
且系统地研究包括单体PD/PHT摩尔配比、氧化剂、酸介质、有机溶剂添加剂、聚合时间和
温度等在内的聚合条件对聚合反应过程、聚合物结构和性能的影响,并据此提出了最佳
PD/PHT化学氧化共聚条件。采用元素分析、红外光谱(FT-IR)、紫外光谱(UV-vis)、高分
辨核磁共振氢谱(1H-NMR)、圆二色性(CD)和溶解性对聚合物结构进行了系统地研究并给
出了共聚物结构。研究结果表明:化学氧化聚合获得的PD/PHT共聚物确实是包含两种单体
单元的共聚物,通过控制PD/PHT配比可以调节共聚物中梯形结构含量。尤为重要的是
oPD/PHT共聚物结构依赖于聚合温度,室温聚合只能获得oPD低聚物与PHT链连接的共聚
物;118℃聚合则可以得到聚合度较高的梯形共聚物。共聚物溶解性能显著优于相应PD均聚
物,且随PHT链节的增加而稳步提高。首次发现pPD/PHT、mPD/PHT和oPD/PHT(90/10)聚
合过程中PD链节发生脱氮反应,脱氮数目因PD异构体而异。首次运用CD光谱研究发现
pPD/PHT和mPD/PHT聚合物的旋光性能。为了深入比较,合成了一系列高产率mPD与邻甲
氧苯胺(AS)、2,3-二甲苯胺(XY)的共聚物,发现对于可溶性mPD聚合物的氧化聚合,三
元共聚反应比二元共聚反应更具优势。
其次,采用循环伏安、恒电位和恒电流三种电化学聚合的方法在H2SO4水溶液中获得了
三种PD异构体与PHT的一系列聚合物膜。系统研究了单体PD/PHT摩尔比、电聚合方式、
聚合电位和聚合电流对共聚过程和聚合物电化学性质的影响,发现少量pPD促进PHT聚合;
mPD强烈阻碍PHT聚合;oPD对PHT聚合也有阻碍作用,但只在oPD含量大于30mol%后
才强烈显现出来。电化学合成PD/PHT共聚物均为薄膜,具有比化学氧化合成共聚物更好的
溶解性能,而且它们都具有一定的电活性和电致变色性能,但其电化学性能依赖电聚合方法
和PD/PHT摩尔配比。重点研究了聚合物在H2SO4介质中的成核与膜生长动力学,PHT成核
过程为电化学动力学控制下的二维连续成核(2-DP);pPD和oPD则是扩散控制下的三维瞬
时成核(3-DI);共聚物成核生长非常复杂,偏离了单一单体成核生长的理论模式,表明少量
pPD或oPD的加入改变了PHT的成核方式。
关键词:化学氧化聚合,电化学氧化聚合,间苯二胺,邻苯二胺,对苯二胺,邻乙氧苯胺
邻乙氧苯胺共聚物,梯形聚合物,可溶聚苯胺衍生物,高分辨核磁共振,圆二色性