关于高分子材料与生活论文

随着现代科技的快速发展，高分子材料已是材料科学中最具代表性的、最具发展前途的一类材料。聚芳醚类材料是一种具有很好的耐高温性、力学性和绝缘性的高性能高分子材料。

关键词：有机高分子材料、聚芳醚、耐高温。

Digest:

With the rapid development of modern science and technology, Polymer materials are a kind of the most representative, the most promising material in the materials science already. Thermally stable polymers are a kind of material that contains a very good resistance to high temperature, mechanical properties and insulation of high performance polymer materials.

Key words: polymer materials, thermally stable polymers，PEEK

1.1聚芳醚材料:

美国GE公司于1964年首次研制出具有优良物理机械性能和耐热性能的聚苯醚(PPO)，从此以后，聚芳醚类耐热特种工程塑料成为人们研究耐热工程塑料研究的热点。

聚芳醚的高分子主链中同时含有刚性的对苯撑和柔性醚键的芳香醚结构，使得这种材料在保持优良的物理机械性能和耐热性能的同时，具有柔性和韧性，便于加工成型，并赋予聚芳醚材料良好的热稳定性和优异的综合性能。

聚芳醚可和许多化学物发生化学反应合成新型高性能有机高分子材料。如聚芳醚和咔唑聚合可生成荧光材料或光电传导材料。

1.2聚芳醚材料的种类：

聚芳醚材料包括聚砜和聚芳醚酮两大品种，还有日常聚芳醚酰胺和聚芳醚腈等几类小品种。以下将着重介绍聚芳醚酮和聚砜这两种有机高分子材料。

2.1.1聚芳醚酮：

最早关于聚芳醚酮的合成报道出现在二十世纪六十年代，它是基于亲电取代反应、发生FriendelCrafts酰基化而得。结晶聚合物的不溶性问题可以通过在强酸介质中进行聚合解决，最初是用多磷酸，后来是用HF/BF3，它们可以通过羟基的质子化溶解聚合物。虽然能制得具有很高力学性能的高分子量聚合物，但是由于反应介质具有很高的反应活性，很难获得高纯度的聚合物，这些生产问题阻碍了聚芳醚酮的商业化。

在HF/BF3中通过聚酰化合成的聚醚酮(PEK)在20世纪70年代中期的很短时间内由Raychem进行了一定规模的生产，其产名为Stilan。

在20世纪60年代末期，Johnson等首次报道了用亲核取代法制备

的聚芳醚酮，但是由于过早沉淀导致结晶使得聚合物的分子量较低，其力学性能也相对较低。

Rose等(ICI)用二本砜作为溶剂制得了高结晶、高分子量的聚合物，在用亲核取代法合成PEAK上取得了关键性突破。在该溶剂中的亲核取代聚合时PEEK大规模工业化生产的基础，使其成为第一个全面商业化的聚芳醚酮。PEEK在20世纪80年代早期由ICI实现商业化，用相似的亲核路线合成的PEK在1987年也实现了商业化。

聚芳醚酮的主要生产商是现在的ICI公司(Victrex PEEK和PEK)。几个其他的公司最近也开始了聚芳醚酮的生产(Du Pont公司的PEEK、Amoco公司的Kadel、Hoechst公司的Hostatec和BASF公司的Ultrapek)

2.1.2制备：

现在大规模生产的聚芳醚酮是基于亲和取代反应，尽管随着亲电取代路径的发展这种方法会发生改变。

PEEK 最重要的商业化聚芳醚酮PEEK是在惰性环境中、在接近聚合物Tm的温度下(大于300摄氏度)，有1,4-苯二醇和4,4’-二氟苯酮在二苯砜中在碱金属碳酸盐存在的条件下反应制得的。通过抽取溶剂，聚合物在二苯砜和无机杂质中析出，这使聚合物熔融不稳定，通常加入稍过量的4,4’-二氟苯酮以阻止在链端生成酚键使聚合物不稳定。缩聚反应生成的水可以使F基团发生水解，并阻止形成高分子量的聚合物，但是水会在高的反应温度和溶剂的硫水性作用下挥发掉。实验中需要采用昂贵的双氟单体而不用较便宜的双氯单体，因为吸电

子能力弱的羰基基团不能激活卤素实现亲核取代，从而不能形成有效的反应基团。

PEK ICI公司生产的PEK的两条亲核路线和生产PEEK的路线相似。双单体路线是用4，4’-二羰基苯酮来代替1,4-苯二醇，单一单体路线是采用4-氟-4-羰基苯酮的钾盐。后者易于发生副反应生成支化使聚合物的力学性能下降，因此现今多采用双单体路线。

PEK通常用亲电酰化法来制备，最方便的合成方法是用4-苯氧基苯甲酰氯在特制的聚四氟乙烯容器中用HF/BF3作为反应介质进行FriendelCrafts缩聚。这种亲电路线使用了相对便宜的非氟取代的芳香单体。如果能够解决与强腐蚀性反应介质有关的问题，那么这将是生产PEK最廉价的路线。

2.1.3性能：

聚芳醚酮相似的结构使得它们具有相似的性能。

物理化学性质大部分全芳香聚芳醚酮都是半结晶的，这是由于主链中极性基团之间强烈的链内相互作用力以及醚键和羰基单元发生的结晶平衡。商品化聚芳醚酮的许多优异性能与其具有在正常的加工条件下易形成高的结晶度有关。

聚芳醚酮优异的抗溶剂性主要归功于它的半结晶形态。PEEK在所有的普通溶剂中都不溶解，在室温条件下它只溶于可使羰基质子化的强酸(如浓硫酸、HF、三氟甲基砜)。在Tg 以上PEEK也可以溶于几种介质中(如二苯砜、一些高沸点的酯、苯甲酮、1-氯萘)。PEEK 具有很小的吸水性，但是可以吸收大量的二氯甲烷和含有被临近的电

负性基团活化的H原子的相关溶剂。

聚芳醚酮的不溶性使得很难测定它的分子量，现在多以浓硫酸作溶剂，采用黏度法和光散射法以及高温凝胶渗透色谱法进行测定。商业化的PEEK的数均分子量在几万左右。

PEEK的线性芳香主链使得它具有优异的化学稳定性和抗离子辐射性。可使PEEK降解的试剂通常是Cl2、Br2、和浓硝酸，PEEK在浓硫酸中溶解后使得硫化的芳环被两个酯基取代。

热性能用视差扫描量热法测得的无定型PEEK的Tg为143℃，结晶放热主要集中在180℃，在334℃时熔化吸热达到极值。在聚芳醚酮主链中增加羰基和醚键的比例，则Tg、Tm都会提高，因而PEK的Tg为160℃，Tm为365℃。

等温结晶研究表明PEEK的结晶速度很快，通常在正常的加工条件下结晶度也能达到25%-30%。

聚酰醚酮具有优异的热稳定性。PEEK的熔融物可以在400℃稳定存在1h以上。但是在300℃以上长时间加热会发生交联而使热氧稳定性下降。若存在杂质铜则会显著加速PEEK 熔融物的降解。

力学性能PEEK和PEK的高结晶度使得它们有很高的弯曲模量和拉伸强度。在Tg温度以上时这些性能显著下降，但是在250℃以上仍有使用价值，在接近结晶段熔化温度时聚合物达到最高使用温度。因此，PEK高的Tg和Tm提高了这些性能的高温稳定性。

PEEK与玻璃纤或碳纤维复合材料提高了PEEK的力学性能和耐高温性能。