柔性OLED用高耐热聚酰亚胺薄膜的制备与性能

聚酰亚胺(PI)薄膜作为柔性有机发光显示(OLED)基板材料应用时, 需要满足玻璃化转变温度(T_g)大于450 ℃和热膨胀系数(CTE)在0~5×10^-6 K^-1之间. 为了提高PI薄膜的热性能, 本文合成了2,7-占吨酮二胺 (2,7-DAX), 并将其与均苯四甲酸二酐(PMDA)和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并噁唑(BOA)共聚制备了一系列新型PI薄膜. 研究了PI薄膜的聚集态结构、 耐热性能、 尺寸稳定性和力学性能. 结果表明, 占吨酮结构和苯并噁唑结构提高了PI分子链的刚性与线性, 使分子链在平面内紧密堆积与取向, 制备的PI薄膜综合性能优异, 玻璃化转变温度高于408 ℃, CTE在-5.0×10^-6~8.1×10^-6 K^-1之间, 拉伸强度大于140 MPa, 拉伸模量大于4.2 GPa, 断裂伸长率为7.1%~20%, 5%热失重分解温度(T_5%)在601~624 ℃之间. 其中, PI-50和PI-60薄膜具有超高玻璃化转变温度和超低热膨胀系数, T_g高于450 ℃, CTE分别为2.1×10^-6 K^-1和1.6×10^-6 K^-1. 制备的系列PI薄膜作为柔性OLED基板材料有潜在应用前景.     

主链含酞和芴结构的无定形聚芳醚酮的合成

通过共聚改性在酚酞聚芳醚酮(PEK-C)的主链上引入含芴侧基,制备了一系列主链含酞和芴结构的线性高分子量无定形聚芳醚酮无规共聚物.通过傅里叶红外光谱(FTIR)、核磁共振谱(1H,13C NMR)等手段确定了共聚物结构.凝胶渗透色谱(GPC)数据表明,共聚物的Mn>6.0×104,Mw>1.0×105,PDI(Mw/Mn)范围在1.6~1.7之间.X射线衍射(XRD)数据表明共聚物系无定形结构,差示扫描量热法(DSC)和热重分析(TGA)测试表明聚合物具有良好的耐热性;初始热分解温度高于467℃;700℃时残炭率大于58.9%;共聚物呈现单一的玻璃化转变温度(Tg>243℃).当酚酞与双酚芴摩尔比在3∶7~5∶5范围时,共聚物的弹性模量和断裂伸长率显著提高,可分别达到3.1 GPa和58%,是酚酞聚芳醚酮的1.4倍和8.3倍.这类含酞和芴侧基的无定形聚芳醚酮保持了在氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃(THF)和甲基吡咯烷酮(NMP)等极性非质子溶剂中良好的溶解性能,并显著提高了聚合物的力学性能和热性能.     

饱和漆酚冠醚PVC膜钾离子选择电极的研制

目前,钾离子选择电极一般采用缬氨酶素^[1~3]、4,4'-二甲基二苯并-30-冠醚-10^[4]和4,4'-二叔丁基二苯并-30-冠醚-10^[5,6],等作为传感膜的活性物质.其PVC膜电极的线性响应范围为1×10^-5～1×10^-1M氯化钾,对钠离子的电位选择性系数分别为2×10^-4,3.9×10^-3和3.0×10^-3。我们以来源广泛的天然漆酚为原料,经加氢饱和后与二氯醚合成带有长链烷基(正十五烷基)取代的冠醚,简称饱和漆酚冠醚.这种长链烷基的取代将增大冠醚的脂溶性,有利于在PVC膜中均匀分布.其中以饱和漆酚30-冠醚-10的性能较好,适宜于作钾电极.     

燃料电池用侧链型磺化聚砜质子交换膜的性能

在制备氯甲基化聚砜(CPS)的基础上,以1,2-二羟基苯-3,5-二磺酸钠为试剂,通过亲核取代反应制备一种侧链末端为磺酸基团的侧链型磺化聚砜(PS-BDS),并采用溶液浇注法制备相应的质子交换膜(PEM),研究温度对PEM性能的影响规律。 结果表明,由于亲水基团远离疏水聚合物主链,该PEM能够形成亲水微区远离疏水微区的相分离结构,亲水区域对主链的影响较小,该PEM在高磺化度下仍能保持较好的尺寸稳定性,随着温度的升高,PEM的吸水率(WU)、吸水溶胀率(SW)和质子传导率(PC)升高,其中PS-BDS-4(离子交换容量为1.57 mmol/g)在25和85 ℃时的SW仅为22.1%和55.0%,甲醇的渗透率(DK)仅为10.17×10^-7 cm²/s,低于商业化的Nafion115(16.8×10^-7 cm²/s)和Nafion117(23.8×10^-7 cm²/s),表现出很好的综合性能。     

磺化侧苯基杂萘联苯聚醚酮酮的合成与性能

以4-(3-苯基-4-羟基苯基)-2,3-二氮杂萘-1-酮(DHPZ-P)、 4-(4-羟基苯基)-2,3-二氮杂萘-1-酮(DHPZ)和1,4-二(4'-氟苯甲酰基)苯(BFBB)为原料, 经溶液亲核取代缩聚反应, 通过调节DHPZ-P和DHPZ的比例, 合成了一系列侧苯基杂萘联苯聚醚酮酮(PPEKK-P), 然后以浓硫酸为磺化剂, 制备出一系列磺化侧苯基杂萘联苯聚醚酮酮(SPPEKK-P). 利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和氢核磁共振谱(¹H NMR)对聚合物结构进行表征, 结果表明, 磺酸基团引入到聚合物链的侧苯基上. 采用溶液浇铸法制备SPPEKK-P质子交换膜. SPPEKK-P膜的吸水率、 溶胀率和质子传导率均随离子交换容量(IEC)的增加而增加, 且具有较好的耐氧化性. IEC最高的SPPEKK-P-100膜的质子传导率在95℃能达到7.44×10^-2 S/cm, 且甲醇渗透系数为5.57×10^-8 cm²/s, 阻醇性能优于Nafion117膜.     

磺化聚芳醚酮砜/聚芳醚砜噁二唑复合型质子交换膜的制备与性能

为了降低质子交换膜(PEM)的甲醇渗透系数和改善PEM在中高温(80~120 ℃)时的质子传导率, 以自制的磺化度(SD)为100%的磺化聚芳醚酮砜(SPAEKS)与聚芳醚砜噁二唑(PAESO)为原料, 采用溶液共混法制备了SPAEKS/PAESO复合膜, 并用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热重分析(TGA)对其进行了表征. 结果表明, 该复合膜具有较好的化学稳定性和热稳定性. 扫描电子显微镜(SEM)照片显示, 复合膜具有较好的致密结构, 其甲醇渗透系数为3.9×10^-7~6.6×10^-7 cm²/s, 低于SPAEKS的8.7×10^-7 cm²/s. 在100 ℃时复合膜的质子传导率达到0.074 S/cm, 高于SPAEKS膜的0.066 S/cm.     

含羧酸酯侧基的聚芳醚酮酮醚酮酮的合成与表征

以含羧基侧基的聚芳醚酮酮醚酮酮(PEKKEKK-A)树脂为原料,二氯亚砜(SOCl2)、二氯乙烷(DCE)、吡啶为催化溶剂体系,合成带甲酰氯侧基的聚芳醚酮酮醚酮酮(PEKKEKK-C)树脂.PEKKEKK-C与甲醇、乙醇、丁醇、辛醇、苯酚等发生酯化反应,得到5种含羧酸酯侧基的聚芳醚酮酮醚酮酮(PEKKEKK-E)s.用红外光谱(FTIR)、氢核磁谱(1H-NMR)、广角X射线衍射(WAXD)、热失重(TGA)、示差扫描量热(DSC)等技术对其结构与性能进行了分析表征.结果表明,聚合物为非晶聚集态;玻璃化转变温度(Tg)在175.7～236.8℃之间,较PEKK有较大幅度提高;出现两次热失重平台,分别在335～365℃,460～505℃之间,第一次失重可能由于酯分解所致,第二次失重可能是分子主链开始分解;树脂能溶解于DMAc、NMP、二氯甲烷等普通有机溶剂中,溶剂挥发后成膜性良好,可制成透明薄膜;断裂伸长率在6.34%～15.43%之间,拉伸强度在74.68～85.35MPa之间。     

侧链型磺化聚芳醚酮质子交换膜材料的制备

本文通过对聚合物的结构设计, 采用均聚的途径将柔顺的大侧基(甲氧基苯基)引入聚芳醚酮侧链, 然后通过室温后磺化的方法成功制备出侧链型磺化聚芳醚酮材料. 此类材料表现出较好的热稳定性; 力学性能优异; 聚合物的质子传导率比报道过的类似材料有较大程度的提高; 于80 ℃时的质子传导率在0.190 S/cm以上, 超过了Nafion 117 薄膜的传导率(0.175 S/cm). 因此这类材料有望在质子交换膜领域得到应用.     

含酰胺结构超低膨胀聚酰亚胺薄膜的热膨胀行为

采用联苯二酐与3种含酰胺结构二胺制备了具有不同取代基团的聚酰胺-酰亚胺薄膜, 考察了酰胺结构对薄膜力学、 耐热及尺寸稳定性的影响, 研究了聚集态结构与薄膜热膨胀行为的关系和规律. 该系列薄膜具有超高强度和优异的耐热性能, 拉伸强度高达280.5 MPa, 玻璃化转变温度在389~409 ℃, 并在30~300 ℃温度范围内表现出超低负膨胀, 热膨胀系数(CTE, ppm/℃, 即10 ⁶ cm·cm ^-1·℃ ^-1)在-3.05~-1.74 ppm/℃之间. 聚集态分析结果表明, 酰胺结构使分子链间形成了强氢键相互作用, 分子链在薄膜面内方向高度有序取向, 并在膜厚方向堆积更为紧密, 使薄膜表现出热收缩现象. 通过不同体积大小的取代基团进一步调控分子链间相互作用及排列堆积, 可实现薄膜在高温下近乎零尺寸形变, 为设计制备超低膨胀聚合物基板材料提供了新思路.     

一类含多磺酸结构侧链型聚芳醚酮质子交换膜材料的合成及性能研究

为进一步改善芳香型磺化聚合物质子交换膜材料的离子传导率、尺寸稳定性和耐化学氧化稳定性,从聚合物结构设计出发,首先利用9,9-双(3-苯基-4-羟基)苯基芴与4,4′-(六氟异亚丙基)二苯酚、1,4-二(4-氟苯甲酰基)苯经芳香亲核缩聚合成了一系列含芴和苯侧基结构新型聚芳醚酮聚合物(4-PAEK-xx),进一步通过温和的后磺化反应,制备了一系列含多磺酸结构侧链型聚芳醚酮质子交换膜(4-SPAEK-xx).对所制备的侧链型聚芳醚酮质子交换膜的结构和性能分别进行了表征分析.结果表明,该类质子交换膜具有适中的吸水率和较低的溶胀率,80°C时的吸水率和溶胀率分别在21%~51.2%和7.4%~17.2%.该类聚芳醚酮质子交换膜展现出了良好的离子传导性,80°C时的离子传导率在115~171 mS/cm,其中4-PAEK-45膜(离子交换容量为2.12 mequiv/g)的离子传导率已经超过了商品化的Nafion膜.此外,所制备的侧链型聚芳醚酮质子交换膜还表现出了良好的热稳定性、力学性能和耐化学氧化性.磺化膜优良的综合性能主要归因于侧链多磺酸结构和长尺寸含氟疏水结构单元的同时引入,其中侧链多磺酸结构的引入降低了主链磺化结构单元的比例,同时使亲水性的磺酸基团与分子主链分隔开来;而长尺寸含氟疏水性结构单元的引入进一步提高了膜材料的尺寸稳定性和耐氧化稳定性.     

高Tg含萘聚芳醚酮的合成与性能

利用Friedel-Craft和去醚化反应成功地制备了具有对称取代结构的含萘双酚单体1,5-二(3-甲基)苯羰基-2,6-二羟基萘, 并且通过高温亲核取代反应制得了两种高分子量的芳香族聚合物, 对这两种新型聚合物的热性能、溶解性能、机械性能及介电常数等进行了表征.     

新型低介电常数聚芳醚酮的合成及性能研究

近年来,随着对高分子材料功能化研究的深入,合成了许多具有特殊性能的聚芳醚酮．聚芳醚酮是一类综合性能优异的半结晶性特种工程塑料,在分子链中引入氟官能团可降低聚合物的介电常数．然而,不对称强极性氟的引入增加了聚合物分子的极性,不利于进一步降低介电常数,且在高温加工时容易放出氟化氢．因此,无氟、低氟的低介电高分子材料将会有很好的发展前景．     

自交联型磺化聚醚醚酮质子交换膜的合成

以含3,3'-二烯丙基双酚 A 结构单元的聚醚醚酮为基膜材料, 通过自由基加成反应在取代基上引入磺酸基团, 合成侧链型磺化聚醚醚酮(SPEEK)质子交换膜. 用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、 核磁共振氢谱(¹H NMR)、 热重分析(TG)和扫描电子显微镜(SEM)等方法对 SPEEK 的结构进行表征. 实验结果表明, 巯基丙磺酸被接枝在聚醚醚酮侧基上, SPEEK 膜具有明显的亲水疏水微相分离形貌, 磺酸基团相互聚集形成离子通道. SPEEK 膜离子交换容量为 2.12 mmol/g, 钒离子渗透率为 1.54×10^-6 cm²/min, 低于Nafion117 膜的钒离子渗透率, 阻钒能力优于 Nafion117 膜. 以 SPEEK-4 膜组装电池的自放电时间约为130 h, 长于 Nafion117 膜的 66 h. 电池充放电循环 50 次, SPEEK-4 膜的库仑效率、 电压效率和能量效率没有明显降低, 显示出良好的稳定性.     

磺化双酚芴型聚醚醚酮质子交换膜的制备及其在钒流电池中的应用

以双酚芴为结构单元合成双酚型聚醚醚酮聚合物,聚醚醚酮经浓硫酸磺化在双酚芴结构单元中引入磺化基团制备出聚醚醚酮质子交换膜(SF-PEEK)。 用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(¹H NMR)、热重分析(TG)、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)等方法对聚醚醚酮质子交换膜的结构进行表征。 结果表明,磺酸基团被成功地在聚醚醚酮侧基上,SF-PEEK膜具有明显的亲水疏水微相分离形貌,磺酸基团相互聚集成形成离子通道。 SF-PEEK膜离子交换容量(IEC)达到1.97 mmol/g时,其电导率达到4.15×10^-2 S/cm,略低于Nafion117膜的5.67×10^-2 S/cm,但其钒离子渗透率仅为Nafion117膜的20.1%,表现出极好的离子选择性。 在钒流电池测试中,SF-PEEK膜在不同电流密度下库伦效率均高于Nafion117膜,其中IEC为1.97 mmol/g的SF80-PEEK608(80为SF的物质的量分数,608为60 ℃反应8 h)库伦效率在电流密度为40 mA/cm²时达到最大值80.9%,高于Nafion117膜的78.8%。 在自放电测试中,以SF80-PEEK608膜组装的电池的自放电时间为90 h,高于Nafion117膜的57 h。     

含二氮杂荼酮结构新型聚芳醚系列高性能聚合物的合成与性能

从分子结构设计出发 ,以价廉易得的苯酚、苯酐为原料 ,经温和的工艺合成了结构全新的 4 ( 4′ 羟基苯基 ) 2 ,3 二氮杂萘 1 酮 (DHPZ) ,对其合成反应路线、合成反应动力学、反应机理进行了深入研究 .在大量实验研究基础上 ,结合分子立体结构的计算机模拟 ,确认其具有非共平面扭曲结构特征 ,其N—H键和O—H键具有类似的反应活性 ,是一种类似双酚的新单体 .以DHPZ与多种市售双卤单体如二氟二苯酮 (DFK)、二氯二苯砜 (DCS)、二氯二苯双酮 (DCKK)、二氯二苯腈 (DCBN)等经溶液亲核取代逐步聚合反应制得一系列含二氮杂萘酮结构的新型高性能聚醚砜 (PPES)、聚醚酮 (PPEK)、聚醚砜酮 (PPESK)、聚醚酮酮 (PPEKK)、聚醚砜酮酮(PPESKK)、聚醚腈酮 (PPENK)、聚醚腈砜 (PPENS)、聚醚腈砜酮 (PPENSK)等 ,对其结构进行了谱学表征 ,对其性能进行了全面测试 ,研究了其结构与性能关系 .谱学数据证明皆为无定型高聚物 .其玻璃化温度Tg 在 2 5 0～370℃之间 ,可以通过取代基团结构或主链上砜 酮基团比例进行调控 .在大量实验研究基础上 ,创造性提出“引入全芳环非共平面扭曲分子链结构赋予高聚物既耐高温又可溶解的优异综合性能”的分子结构设计理论 .在此分子设计理论指导下 ,设计并合成了含联苯二氮杂萘酮结构的新型二     

基于2,6-二甲基萘的杂环聚芳醚酮的合成

由1,5-二(4'-氟苯甲酰基)-2,6-二甲基萘(1)和类双酚单体(2a～2d)通过N—C偶联聚合反应合成了一系列基于2,6-二甲基萘的新型杂环聚芳醚酮(3a～3d).采用FTIR、1H-NMR、DSC、TGA、GPC等手段对聚合物进行结构表征和性能测试,并研究了其溶解性及特性黏数.结果表明,聚合物在室温下易溶于氯仿、DMAc、NMP、吡啶和间甲酚等非质子极性有机溶剂,其氯仿溶液能形成无色透明、韧性较好的膜,特性黏数(ηinh)在0.76～1.40 dL/g范围内.聚合物3b～3d的数均分子量(Mn)和分散指数(PDI)分别在78000～104000和1.66～2.21范围内.该类聚合物的玻璃化转变温度(Tg)均大于280℃,在氮气氛围和800℃时的残余量在53%～69%范围内.该类聚合物在氮气中5%和10%的热失重温度分别在423～440℃和434～467℃范围内.     

4,4’-二氯二苯酮合成二氮杂萘联苯酮结构聚醚砜酮的研究

以4-(4-羟基苯基)*2,3-二氮杂萘-1-酮(DHPZ)、4,4’-二氯二苯砜(DCS)和4,4’-二氯二苯酮(DCK)为原料,采用分步加料的方法,合成了系列高分子量的聚芳醚砜酮共聚物(PPESKs),其特性黏度在0.40 ～0.61dL/g之间,解决了由于DCK活性低不适合用于聚芳醚合成的问题.采用FTIR、示差...     

Fluorenyl-containing sulfonated poly(aryl ether ether ketone ketone)s (SPFEEKK) for fuel cell applications

A series of fluorenyl-containing sulfonated poly(aryl ether ether ketone ketone)s (SPFEEKK) were synthesized via aromatic nucleophilic substitution polymerization. The sulfonation content (SC) was controlled by the feed ratios of sulfonated and nonsulfonated monomers. Flexible and strong membranes in the sulfonic acid form were obtained from cast membranes in the sodium salt forms by treatment with acid. The thermal properties, water uptake, swelling ratio, water state, oxidative stability, proton conductivity and methanol permeability were investigated. All the polymers had proton conductivities greater than 1 × 10⁻² S/cm at room temperature, and the conductivity values of m-SPFEEKK-80 and p-SPFEEKK-80 were up to 1.86 × 10⁻¹ and 1.78 × 10⁻¹ S/cm at 100 °C. This series of polymers also possessed good dimensional stability in water and low methanol crossover.