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聚碳酸酯(Polycarbonate:PC)是具有高透光性能、高强度、高韧性、高抗热性、高抗冲击性及较好的加工性能的热塑性树脂。PC制品已广泛应于电子器件、通讯、医疗器械、光盘、汽车、包装、光学器械等行业,正在迅速改善和提升着人们的生活质量。随着应用领域的扩展,PC的需求不断增加,对PC的研究也愈加重要。
PC的主要合成工艺有界面光气法、熔融酯交换法、固相聚合法、开环聚合法等。熔融酯交换法避免使用剧毒光气,不需要溶剂,工艺简单且绿色环保,产品可直接用于加工,是最具竞争力的PC合成路线。本论文以碳酸二苯酯(Diphenylcarbonate:DPC)与双酚A(BisphenolA:BPA)为原料采用熔融酯交换法工艺路线,主要对合成PC以及导电性PC和阻燃性PC的催化剂和工艺条件等进行研究。
首先,系统研究了乙酰丙酮(Acetylacetone:Hacac)金属配合物催化剂对熔融酯交换法合成PC的催化活性,考察了催化剂对PC产品的分子量分布、端羟基含量、Fries重排副反应的影响。研究发现,乙酰丙酮锂(Li(acac))是最佳的催化剂;用Li(acac)作催化剂合成的PC分子量高、分子量分布均匀、端羟基含量低、支化物(Fries重排产物)含量低的PC产品。以Li(acac)为催化剂考察了催化剂用量、反应物配比、反应温度、反应压力等工艺条件对反应的影响,得出最佳反应条件为:Li(acac)的用量为1.5×10-4/BPA(mol),原料配比nDPC:nBPA=1.08,酯交换阶段反应温度为和压力分别为140℃和4000Pa,缩聚阶段温度和压力分别为260℃和100Pa。
其次,参考熔融酯交换法合成PC的工艺条件,用原位法合成了CB/PC导电复合材料。用炭黑(CB)和碳纳米管(CNT)两种碳材料既作导电填充剂又作催化剂载体,发现用KOH/CB作催化剂及导电填充剂可以得到导电性能较好的CB/PC导电复合材料;与CB作导电填充剂的熔融共混法比较,发现用KOH/CB作导电填充剂的原位法制备CB/PC导电复合材料,由于负载了催化剂的CB参与PC链增长过程,在聚合反应的同时实现CB与PC的混融,使CB在PC中分散更容易、更均匀;在相同体积电阻率的情况下,原位法使用的CB量少;原位法避免了熔融过程中PC分子的降解,使原位法制备的CB/PC复合材料具有较好的热稳定性能;原位法得到的CB/PC导电复合材料具有非常高的正温度系数(PositiveTemperatureCoefficient:PTC),可以用来作自控温材料。
最后,通过共聚的方式,以熔融酯交换法分别将双酚S(BisphenolS:BPS)和四溴双酚A(TetrabromobisphenolA:TBBPA)通过与BPA共聚嵌到PC分子主链中提高其阻燃性能。研究了催化剂对共聚反应的活性,发现KOH的催化活性最高。考察了KOH催化剂的用量、原料摩尔配比等因素对反应的影响,以及原料摩尔配比对产品的热稳定性能、结晶度、阻燃性等性能的影响。研究结果表明因Br原子的位阻效应使TBBPA反应活性较低,以及TBBPA在反应过程中发生热分解造成Br元素流失,使TBBPA与BPA的共聚PC(TBBPA-BPAcoPC)产品粘均分子量低、热稳定性差而且还带有较深的颜色。因此,TBBPA不适合用于通过熔融酯交换法合成阻燃性PC。另外,以KOH为催化剂,BPS与BPA以10:90的摩尔比共聚合成的PC(BPS-BPAcoPC)的粘均分子量为26949,初始分解温度达到419.5℃,阻燃级别达到UL94V-0,BPS的嵌入提高了PC的成炭率,维持PC较高的热分解温度,明显提高了PC的阻燃性能。