含双酚芴三元共聚聚砜的合成与性能

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.11.004

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (11): 24-29.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.11.004

含双酚芴三元共聚聚砜的合成与性能

王芳(), 李言, 郭新涛, 窦鹏

中国航空制造技术研究院新材料技术研究中心，北京 100024

收稿日期:2022-07-25 出版日期:2022-11-26 发布日期:2022-11-25
作者简介:王芳（1990—），女，工程师，从事有机透明高分子材料合成等研究，wangfang2563@163.com
基金资助:
高耐热聚醚砜光学改性及性能调控研究(KS912021)

Synthesis and properties of ternary polysulfone copolymer containing bisphenol fluorene

WANG Fang(), LI Yan, GUO Xintao, DOU Peng

New Material Technology Research Center，AVIC Manufacturing Technology Institute，Beijing 100024，China

Received:2022-07-25 Online:2022-11-26 Published:2022-11-25

摘要/Abstract

摘要：

以双酚芴（BHPF）、双酚A（BPA）、4，4⁃二氯二苯砜（DCS）为原料，采用亲核取代法合成了不同BHPF含量的三元共聚聚砜，研究了反应溶剂、反应时间和成盐剂等对聚合反应的影响，并采用凝胶渗透色谱仪（GPC）、红外光谱仪（FTIR）和差示扫描量热仪（DSC）等对含BHPF三元共聚聚砜的结构和性能进行了表征。结果表明，选用N⁃甲基吡咯烷酮（NMP）为反应溶剂，碳酸钾为成盐剂，设定反应时间为4 h时，可制备得到数均分子量（M_n）>2×10⁴的三元共聚物，且随着BHPF含量的增加，聚合物的玻璃化转变温度（T_g）逐渐提高，为209~254 ℃，主链分解温度>510 ℃，表现出了优异的耐热性能。当BHPF含量为80 %（摩尔分数）时，材料的T_g为254 ℃，可见光范围内透光率为84 %，可满足飞机高马赫数下的耐温需求，为高耐热透明材料的应用奠定了基础。

关键词: 双酚芴, 聚砜, 耐热性能, 光学性能

Abstract:

A series of ternary polysulfone copolymers with different contents of bisphenol fluorene were synthesized through polycondensation of bisphenol A， bisphenol fluorine， and 4，4⁃dichlorodiphenyl sulfone. The effects of reaction solvent， rea⁃ction time and salt forming agent on the polymerization were studied. The structure and properties of ternary polysulfone copolymers containing bisphenol fluorene were characterized using gel permeation chromatograph， Fourier⁃transform infrared spectrometer， and differential scanning calorimeter. The results indicated that the ternary copolymers with a number⁃ave⁃rage molecular weight higher than 2×10⁴ were successfully synthesized at a reaction time of 4 h using N⁃methyl pyrrolidone as a reaction solvent and potassium carbonate as a salt forming agent. The heat resistance of the copolymers increased gradually with an increase in the content of bisphenol fluorene， and the decomposition temperature of the main chain was higher than 510 ℃. The copolymers presented a glass transition temperature of 254 ℃ at a bisphenol fluorene content of 80 mol%， and their transmittance was 84 % in the visible light range. This can meet the requirements of temperature resistance for aircrafts at high Mach number. This study establishes the basis of application for highly heat⁃resistant transparent materials.

Key words: bisphenol fluorene, polysulfone, heat resistance, optical property

中图分类号:

TQ322

王芳, 李言, 郭新涛, 窦鹏. 含双酚芴三元共聚聚砜的合成与性能[J]. 中国塑料, 2022, 36(11): 24-29.

WANG Fang, LI Yan, GUO Xintao, DOU Peng. Synthesis and properties of ternary polysulfone copolymer containing bisphenol fluorene[J]. China Plastics, 2022, 36(11): 24-29.

图/表 13

图1 BHPF的分子结构

Fig.1 Molecular structure of BHPF

样品编号	DCS含量/ mol	BPA含量/ mol	BHPF含量/ mol	BHPF摩尔分数/ %
PSFF⁃0	0.05	0.050	0	0
PSFF⁃20	0.05	0.040	0.010	20
PSFF⁃30	0.05	0.035	0.015	30
PSFF⁃50	0.05	0.025	0.025	50
PSFF⁃70	0.05	0.015	0.035	70
PSFF⁃80	0.05	0.010	0.040	80
PSFF⁃100	0.05	0	0.050	100

表1 反应单体配比

Tab.1 Reaction monomer ratio

图2 反应方程式

Fig.2 Reaction equation

反应溶剂	M_n/kg·mol^-1	M_w/kg·mol^-1	M_w/M_n	T_g/℃
NMP	21.39	38.26	1.789	252
TMS	8.62	13.67	1.586	235

表2 反应溶剂对聚合物Mw、Mn和Tg的影响

Tab.2 Effect of solvent on Mw， Mn and Tg of the polymer

图3 不同反应时间时聚合物的Mn

Fig.3 Mn of the polymer prepared at different reaction time

图4 不同反应时间时聚合物的DSC曲线

Fig.4 DSC curves of polymers prepared at different reaction time

Na₂CO₃/K₂CO₃ 摩尔比	M_n/ kg·mol^-1	M_w/ kg·mol^-1	M_w/M_n	T_g/℃
1/0	3.325	4.457	1.340	147
1/5	4.920	6.647	1.351	199
1/10	8.621	13.670	1.586	239
0/1	21.390	38.260	1.789	252

表3 成盐剂对聚合物Mw、Mn和Tg的影响

Tab.3 Effect of salt forming agent on Mw， Mn and Tg of the polymer

图5 含BHPF三元共聚聚砜的FTIR谱图

Fig.5 FTIR spectra of ternary copolymer polysulfone containing BHPF

图6 聚合物的1H⁃NMR谱图

Fig.6 1H⁃NMR spectra of the polymer

图7 不同BHPF含量三元共聚聚砜的DSC曲线

Fig.7 DSC curves of ternary copolymer polysulfone with different BHPF contents

图8 BHPF含量与Tg的关系

Fig.8 Relationship between Tg and BHPF content

图9 不同BHPF含量三元共聚聚砜的TG曲线

Fig.9 TG curves of ternary copolymer polysulfone with different BHPF contents

图10 含BHPF三元共聚聚砜的透光率

Fig.10 Light transmittance of ternary copolymer polysulfone containing BPHF

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Synthesis and properties of ternary polysulfone copolymer containing bisphenol fluorene

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