高性能聚苯硫醚树脂合成、改性及性能研究

摘要

本论文旨在探索结晶Na2S法制备线性高分子量聚苯硫醚(PPS)树脂合成技术，研究PPS链增长受限因素，实现高性能树脂制备;并以低分子成纤PPS为基质，利用不同空间结构的石墨烯、碳纳米管和足球烯为改性剂，采用溶液法制备纳米粒子分散性良好的复合材料，研究纳米粒子对PPS材料的热稳定性、结晶行为、机械性能以及导电能力等性能的影响机制，以实现低端树脂高端利用。主要研究内容以及结论如下:
　　首先，明确了结晶Na2S最佳脱水工艺条件:NMP用量n(NMP/Na2S)=3.0，脱水温度T=200℃，脱水时间2h，NaOH用量0.05mol，脱水率达到85％以上，NMP损失率低于3.5％;系统研究导致PPS分子链增长受限的主要因素包括:原料P-DCB中包含1-氯苯、邻二氯苯、1，2，4-三氯苯等杂质引起PPS分子链提前封端或端基环化，导致分子链反应终止;研究了原料Na2S和助剂Na3PO4中杂质Mg2+和Ca2+等抑制PPS分子链增长的因素;分析了高温条件下，Na2S诱导NMP开环生成4-（N-甲基胺基）丁酸钠(SMAB)阻止链增长的机理。优化了PPS链反应的最佳条件:N-甲基吡咯烷酮/对二氯苯（NMP/P-DCB）=0.4L/mol，选择无水Na3PO4为助剂，P-DCB为封端试剂等， Mw达3.0×104g· mol-1以上，分子分布范围(PD)在2.1附近。确立了NMP-H2O体系分离PPS低聚物和杂质，有效除去无机盐和有机低聚物等杂质，纯化后PPS树脂Mw显著提高，MW达6.9×104g·mol-1，PD在1.9附近，并成功进行了50t/a规模的工业化生产。
　　然后，以低分子量PPS为基质，采用溶液法成功制备碳纳米颗粒分散性良好的PPS/EGO,PPS/REGO,PPS/MWCNTs-OH,PPS/MWCNTs-COOH以及PPS/C60纳米复合材料，利用FT-IR，XRD以及XPS等手段表征，发现REGO和C60纳米颗粒是通过与PPS基体形成稳定的离域p-π/π-π共轭体系实现碳纳米颗粒在PPS基体中的有效分散;EGO纳米颗粒是通过与PPS基体之间化学键键合的方式实现碳纳米颗粒在PPS基体中的高度有效分散;MWCNTs-OH和MWCNTs-COOH纳米颗粒与PPS基体之间通过氢键作用力实现碳纳米颗粒在PPS基体中的有效分散，且MWCNTs-COOH纳米颗粒与PPS基体之间氢键结合力更强，分散效果更佳。适量掺杂EGO、REGO、MWCNTs-OH、MWCNTs-COOH以及C60纳米颗粒能够有效增强PPS材料的热稳定性、力学性能以及导电性能，适量掺杂EGO、MWCNTs-OH、MWCNTs-COOH以及C60纳米颗粒能够有效改善PPS材料结晶能力，而掺杂REGO引起PPS材料结晶能力下降。同等掺杂量下，PPS/EGO纳米复合材料的热稳定性、力学性能以及导电性能均优于PPS/REGO纳米复合材料，PPS/MWCNTs-COOH纳米复合材料结晶能力、热稳定性、力学性能以及导电能力均优于PPS/MWCNTs-OH纳米复合材料。通过纳米粒子改性，实现了低端树脂高性能化。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 PPS树脂的结构和性能

1．1．1 PPS的晶体结构

1．1．2 PPS的红外光谱特征

1．1．3 PPS的激光拉曼光谱特征

1．1．4 PPS的熔点和玻璃化温度

1．1．5 PPS的热稳定性

1．2 PPS树脂性能

1．2．1 物理性能

1．2．2 突出的化学稳定性

1．2．3 优异的耐热性

1．2．4 优异的阻燃性能

1．2．5 优良的电绝缘性能

1．3 纤维级PPS树脂的应用

1．3．1 环境保护领域

1．3．2 化学品过滤领域

1．3．3 隔热保温衣料

1．3．4 高性能复合材料领域

1．3．5 其它领域

1．4 PPS树脂合成

1．4．1 PPS合成进展

1．4．2 PPS合成方法与机理分析

1．4．3 PPS合成机理简介

1．5 PPS树脂的改性研究

1．5．1 PPS结构改性

1．5．2 PPS共混改性

1．6 课题提出背景和研究意义

第二章 实验部分

2．1 实验原料

2．2 实验流程示意图

2．3 实验步骤

2．3．1 PPS树脂的制备

2．3．2 PPS树脂的纯化

2．3．3 氧化石墨烯(EGO)的制备

2．3．4 还原石墨烯(REGO)的制备

2．3．5 新型碳材料改性PPS纳米复合材料的制备

2．4 表征方法

第三章 PPS树脂合成工艺优化及性能表征

3．1 引言

3．2 结果与讨论

3．2．1 结晶硫化钠脱水工艺优化

3．2．2 PPS树脂合成研究

3．2．3 PPS树脂纯化研究

3．2．4 PPS树脂合成及纯化中试放大试验

3．2．5 PPS树脂结构和性能表征

3．2．6 PPS链增长受限机制探讨

3．3 本章小结

第四章 石墨烯改性PPS纳米复合材料制备及性能表征

4．1 引言

4．2 结果与讨论

4．2．1 EGO的制备工艺优化

4．2．2 EGO和REGO的结构表征

4．2．3 PPS/EGO与PPS/REGO的的结构表征

4．2．4 PPS/EGO与PPS/REGO的性能研究

第五章 PPS/MWCNTs纳米复合材料制备及性能表征

5．1 引言

5．2 结果与讨论

5．2．1 PPS/MWCNTs-OH与PPS/MWCNTs-COOH的FT-IR表征

5．2．2 PPS/MWCNTs-OH与PPS/MWCNTs-COOH的XPS分析

5．2．3 PPS/MWCNTs-OH与PPS/MWCNTs-COOH的XRD分析

5．2．4 PPS/MWCNTs-OH与PPS/MWCNTs-COOH的SEM表征

5．2．5 PPS/MWCNTs-OH与PPS/MWCNTs-COOH的TEM表征

5．2．6 PPS/MWCNTs纳米复合材料非等温结晶行为研究

5．2．7 PPS/MWCNTs纳米复合材料热稳定性研究

5．2．8 PPS/MWCNTs纳米复合材料力学性能研究

5．2．9 PPS/MWCNTs纳米复合材料电学性能研究

5．3 本章小结

第六章 PPS/C60纳米复合材料制备及性能表征

6．1 引言

6．2 结果与讨论

6．2．1 PPS/C60纳米复合材料的FT-IR表征

6．2．2 PPS/C60纳米复合材料的XRD表征

6．2．3 PPS/C60纳米复合材料的XPS表征

6．2．4 PPS/C60纳米复合材料的SEM表征

6．2．5 PPS/C60纳米复合材料的TEM表征

6．2．6 PPS/C60纳米纤维的表面形貌

6．2．7 PPS/C60纳米复合材料的热稳定性研究

6．2．8 PPS/C60纳米复合材料的非等温结晶行为研究

6．2．9 PPS/C60纳米复合材料的力学性能研究

6．3 本章小结

第七章 结论与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢