高折光指数侧链型C60富勒烯聚酯的合成及性能研究

摘要

本文研究在聚酯中引入C60富勒烯侧链，通过C60富勒烯基团和具有高摩尔折光指数的聚酯主链的协同效应，由C60富勒烯二醇与二酰氯进行缩合聚合，合成高折光指数(n>1.80)的侧链型C60富勒烯聚酯。利用液晶高分子设计中的去偶合原理，在C60富勒烯与聚合物主链之间引入长的柔性间隔基，增加聚酯主链的柔顺性，从而改善高C60富勒烯含量的聚酯的溶解性。以Lorentz-Lorenz公式为指导进行分子设计，选择了四种具有高摩尔折光指数的二酰氯单体（对苯二甲酰氯、1,4-萘二甲酰氯、2,5-二溴对苯二甲酰氯、2,5-噻吩二甲酰氯），将它们的化学结构引入C60富勒烯聚酯的主链，与C60富勒烯协同地提高聚酯的折光指数。具体研究内容包括：
　　（1）含柔性间隔基的C60富勒烯二醇单体的合成及表征。通过核磁氢谱（1H NMR）、核磁碳谱（13C NMR）、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）证实了其化学结构。
　　（2）侧链型富勒烯 C60聚酯的合成及表征。利用模型聚合物的合成寻找最佳的溶液缩合聚合反应条件。在此条件下将C60富勒烯二醇单体与四种二酰氯进行缩合聚合，得到四种结构明确的侧链型C60富勒烯聚酯。通过端基分析的方法表征四种聚酯的数均分子量。通过二维扩散排序核磁共振谱表征（1H DOSY）进一步证明了四种聚酯的成功合成。通过傅里叶红外（FTIR）、热重分析（TGA）、紫外可见分光光度计（UV-Vis）分别表征了聚酯的化学结构、热稳定性和吸光性质。
　　（3）侧链型富勒烯C60聚酯的折光指数测试。利用椭偏仪（SE）测定了四种C60富勒烯聚酯的折光指数。发现其折光指数都高于1.80，其中含噻吩基团的C60富勒烯聚酯折光指数最高，达到1.864（589 nm），为目前报道的折光指数最高的本征聚合物之一。实验结果表明高摩尔折光指数的化学基团与C60富勒烯协同地提高了聚酯的折光指数。通过Lorentz-Lorenz公式计算四种C60富勒烯聚酯的理论折光指数，与实验值很接近。通过对分光光度计与椭偏仪两种方法得到的吸光系数进行比较，发现两者较为吻合。这些均说明了实验数据的可靠性。

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第一章绪论

1.1 引言

1.2 高折光指数聚合物的应用

1.3 高折光指数聚合物的制备

1.4 折光指数的测量

1.5 富勒烯聚合物

1.6 本课题的提出及研究目的

第二章 C60富勒烯二醇单体的合成

2.1 引言

2.2 试剂原料

2.3 测试与表征

2.4 端基为炔基的C60富勒烯衍生物的合成

2.5 二醇单体的合成

2.6 结果与讨论

第三章 侧链型C60富勒烯聚酯的合成与结构表征

3.1 引言

3.2 试剂原料

3.3 测试与表征

3.4 二酰氯单体的合成

3.5 缩合聚合反应条件的优化

3.6 侧链型C60富勒烯聚酯的合成

3.7 侧链型C60富勒烯聚酯的结构表征

3.8 本章总结

第四章 侧链型C60富勒烯聚酯的性能研究

4.1 引言

4.2 仪器与测试条件

4.3 溶解性能

4.4 热稳定性能

4.5 吸光性能

4.6 折光指数

4.8 吸光系数

4.9 本章总结

第五章 全文总结

5.1 论文总结

5.2 本论文的创新点

5.3 问题与展望

参考文献

附录

攻读硕士期间公开发表论文目录

致谢