固体超强酸催化合成聚苯酯及其应用的研究

摘要

合成了两种SO<'-2><,4>/ZrO<,2>/沸石和SO<'-2><,4>/Al<,2>O<,3>/沸石固体超强酸，并将此超强酸用于催化合成聚苯酯，研究了超强酸催化剂和聚苯酯的合成工艺条件。研究结果表明： 用SO<'-2><,4>/ZrO<,2>/沸石固体超强酸作催化剂合成聚苯酯，其最佳合成条件为：硫酸浸渍浓度c(H<,2>SO<,4>)=1mol/L，焙烧温度为550~C，浸泡时间6小时，催化剂用量0.5g，酯化时间2.5小时，缩聚时间1.5小时，缩聚温度为330℃～340℃，在此最佳合成条件下聚苯酯的产率可达92％。 用SO<'-2><,4>/Al<,2>O<,3>/沸石固体超强酸作催化剂合成聚苯酯，其最佳条件为：硫酸浸渍浓度c(H<，2>SO<,4>)=1mol/L，焙烧温度为600℃，浸泡时间6小时，催化剂用量0.5g，酯化时间2.5小时，缩聚时间1.5小时，缩聚温度为330℃～340℃，在此最佳合成条件下聚苯酯的产率可达88％。 对SO<'-2><,4>/ZrO<,2>/ZrO<,2>/沸石和SO<'-2><,4>/ZrO<,2>/Al<,2>O<,3>/沸石固体超强酸催化剂表面进行的X一射线能谱和扫描电镜研究表明：在沸石表面存在Zr和Al的吸附，且SO<'-2><,4>/ZrO<,2>/ZrO<,2>和SO<'-2><,4>/ZrO<,2>/Al<,2>O<,3>以晶体的形式吸附在沸石表面。对沸石固体超强酸催化机理的探讨结果表明：沸石具有多孔结构，比表面积大，吸附能力强，具有一定的酸性，在吸附SO<'-2><,4>/ZrO<,2>/ZrO<,2>和SO<'-2><,4>/ZrO<,2>/Al<,2>O<,3>后，使酸性活性中心增加，成为超强酸后，催化能力大大加强。在用于合成聚苯酯的研究中，负载性沸石固体超强酸表现出了良好的催化性能，合成的聚苯酯产率高。在酯化反应后易与中间产物分离，对缩聚反应不会造成影响，且使用寿命长，可重复使用，具有一定的应用价值。 对合成的聚苯酯进行了 DSC 表征，结果表明：聚苯酯熔融温度(晶型转变温度)为443℃，表明该聚苯酯具有在高温下不熔融，热稳定性好的特点，同时也对合成的聚苯酯进行了红外光谱表征。 将合成的聚苯酯应用于PTFE中，可明显地提高PTFE复合材料的抗弯曲性能和硬度，当聚苯酯用量为20wt％时，复合材料的综合性能最好。随着聚苯酯含量的增加，复合材料的摩擦系数呈线性增大，试样的磨损体积由115.7mm<'3>(纯PTFE)减小到了1.74mm<'3>(含5wt％聚苯酯)，耐磨性能提高66.5倍。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 SO42-/MxOy型固体超强酸概述

1.1.1 SO42-/MxOy固体超强酸的研究进展

1.1.2 SO42-/MxOy型固体超强酸的制备

1.1.3 SO42-/MxOy型固体超强酸催化剂的酸中心形成机理

1.1.4 SO42-/MxOy型固体超强酸在有机反应中的应用

1.1.5 SO42-/MxOy型固体超强酸的发展方向

1.2聚苯酯概述

1.2.1聚苯酯(POB)分子结构

1.2.2国内外生产和发展状况

1.2.3聚苯酯的主要性能

1.2.4聚苯酯的成型工艺及方法

1.2.5聚苯酯的应用

1.3本课题研究意义

1.4本文的研究目标和主要研究内容

1.4.1研究目标

1.4.2主要研究内容

第二章SO42-/ZrO2/沸石固体超强酸催化剂的研制及其催化合成聚苯酯

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1实验药品

2.2.2实验仪器及设备

2.2.3 SO42-/ZrO2/沸石固体超强酸催化剂的合成

2.2.4聚苯酯的合成

2.2.5分析表征

2.3结果与讨论

2.3.1 SO42-/ZrO2/沸石固体超强酸催化机理

2.3.2 SO42-/ZrO2/沸石固体超强酸催化剂制备过程中H2SO4的浸泡浓度对聚苯酯产率的影响

2.3.3 SO42-/ZrO2/沸石固体超强酸催化剂制备过程中焙烧温度对聚苯酯产率的影响

2.3.4 SO42-/ZrO2/沸石固体超强酸催化剂用量对聚苯酯产率的影响

2.3.5缩聚温度对聚苯酯产率的影响

2.3.6 SO42-/ZrO2/沸石固体超强酸催化剂使用次数对聚苯酯产率的影响

2.4分析与测试

2.4.1聚苯酯的红外分析

2.4.2聚苯酯的DSC分析

2.5本章小结

第三章SO42-/Al2O3/沸石固体超强酸催化剂的研制及其催化合成聚苯酯

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1实验药品

3.2.2实验仪器及设备

3.2.3 SO42-/Al2O3/沸石固体超强酸催化剂的合成

3.2.4聚苯酯的合成

3.2.5分析表征

3.3结果与讨论

3.3.1 SO42-/Al2O3/沸石固体超强酸催化剂制备过程中H2SO4的浸泡浓度对聚苯酯产率的影响

3.3.2 SO42-/Al2O3/沸石固体超强酸催化剂制备过程中焙烧温度对聚苯酯产率的影响

3.3.3 SO42-/Al2O3/沸石固体超强酸催化剂用量对聚苯酯产率的影响

3.3.4缩聚温度对聚苯酯产率的影响

3.3.5 SO42-/Al2O3/沸石固体超强酸催化剂使用次数对聚苯酯产率的影响

3.4 SO42-/Al2O3/沸石固体超强酸的催化机理探讨

3.5本章小结

第四章聚苯酯的性能及应用

4.1前言

4.1.1主要原材料

4.1.2 PTFE复合材料的制备

4.1.3摩擦磨损性能测试

4.1.4力学性能测试

4.1.5热分析

4.2聚苯酯对PTFE复合材料物理机械性能的影响

4.2.1对拉伸强度的影响

4.2.2对弯曲性能的影响

4.2.3对硬度的影响

4.3聚苯酯含量对PTFE复合材料的热力学影响

4.4聚苯酯对PTFE复合材料摩擦学性能的影响

4.5摩擦面的粗糙度对PTFE复合材料摩擦学性能的影响

4.6本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢