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聚苯硫醚(Poly(phenylene Sulfide))简称PPS,具有优良的耐高温、耐腐蚀、耐辐射、阻燃、均衡的物理机械性能和极好的尺寸稳定性以及优良的电性能等特点,被广泛应用于环保、机械、航空、军工等领域,具有极好的发展潜力和市场前景。
本论文首先回顾了聚苯硫醚树脂的合成方法、性能和应用,指出我国聚苯硫醚产业的不足,确定了本文的目标是紧紧围绕线形高分子量PPS树脂的合成,并探索制约聚苯硫醚链增长的影响因素。具体工作如下:
(1)通过研究确定了以无水硫化钠及对二氯苯为原料,以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂,以无水磷酸钠为反应助剂,两阶段控温合成PPS树脂的方法。系统考察了合成工艺对PPS分子量的影响,结果表明:前期反应温度过高或升温速度过快、后期反应温度过高以及后期反应时间太长都不利于PPS链增长,难以获得高分子量的PPS。在试验范围内,合成PPS树脂的较好工艺条件是:前期温度180℃,前期反应时间2小时,后期温度260℃,后期反应时间4小时,原料比例n(P-DCB):n(Na2S)=1:1.06。通过GPC和DSC等技术手段系统研究了NMP溶液中PPS的链增长机制。
(2)影响PPS链增长的最关键因素是原料Na2S和对二氯苯的比例,尽可能保证两者实际比例接近1:l。反应体系中含有少量水虽有利于提高聚苯硫醚聚合反应速率,但却不利于合成高分子量聚苯硫醚。NMP中含有带活性氢的杂质,活性氢的存在严重影响了PPS的链增长。
(3)开展PPS纯化工作,通过水洗结合NMP洗涤的方法,使PPS树脂在溶胀的情况下,把金属钠离子含量降低到60ppm。同时,对PPS树脂中的杂质进行了分析,发现导致PPS熔融变色的主要原因是PPS中包埋了部分NMP开环聚合物。
(4)通过GPC、DSC、XPS、DSC、FT-IR和XRD等技术手段对合成的PPS树脂进行了深入地结构与性能研究。研究了高温熔融处理和高温氧气对PPS链增长的具体作用过程。