功能化聚芳醚酮材料的研究進(jìn)展

于瑩瑩，楊豐綺，唐玉嬌

(長(zhǎng)春科技學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130000)

無論是小到汽車，大到飛機(jī)坦克，都離不開各種材料的應(yīng)用，人類先后經(jīng)歷了瓷器，青銅器，鐵器到現(xiàn)在各種新型復(fù)合材料的應(yīng)用。我們的需求也越來越多樣化，這就要求我們制造出性能更優(yōu)越，不僅滿足日常生產(chǎn)生活需要，同時(shí)也要符合當(dāng)今時(shí)代的發(fā)展需求的材料。其中特種工程塑料是在汽車工業(yè)，航天領(lǐng)域，軍事等都具有廣泛應(yīng)用前景的新型材料。它具有高于一般塑料的機(jī)械性能和耐熱性并且在長(zhǎng)期使用情況下不變形等優(yōu)點(diǎn)，特種工程塑料具有不亞于鋼鐵的強(qiáng)度和硬度但是要比鋼鐵輕許多的特點(diǎn)，所以已經(jīng)越來越多的應(yīng)用于汽車及其相關(guān)領(lǐng)域。

近年來，我們逐漸意識(shí)到聚芳醚酮是一類新型且具有優(yōu)異性能的特種工程塑料，它是一類通過醚鍵和羰基鏈接而成的結(jié)晶型新聚合物，通過控制單體的投料比和類別的不同?？煞譃槎喾N類型的聚芳醚酮類聚合物，包括聚醚酮(PEK),聚醚酮酮(PEKK),聚醚醚酮(PEEK)，聚醚酮醚酮(PEKEK),聚醚醚酮酮(PEEKK)，等五類高性能聚合物。PAEK是目前為止具有最高耐熱等級(jí)半結(jié)晶型熱塑性高分子材料，UL溫度指數(shù)240℃～350℃，是一代新性能熱塑性高分子材料[1]。上個(gè)世紀(jì)六十年代起，科學(xué)界開始了對(duì)聚芳醚酮的探索，目前杜邦公司的這種聚芳醚酮材料已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)的各種零部件中。PAEK具有良好的高溫性能，力學(xué)性能，耐化學(xué)藥品性，耐疲勞，耐老化，并且具有良好的電性能和阻燃性能，所以目前廣泛應(yīng)用于電子，航天，航空，汽車,石油化工等方面，并且促進(jìn)了該行業(yè)的發(fā)展,我國(guó)直至上世紀(jì)80年代中期才開始進(jìn)行聚芳醚酮的研究。聚芳醚酮是一種具有半結(jié)晶性結(jié)構(gòu)的特種工程塑料，其主鏈的苯環(huán)結(jié)構(gòu)增加了鏈剛性，使其具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熱分解溫度，并且共軛雙鍵增加其力學(xué)性能[2]。而其中的醚鍵又增加其鏈柔性，聚芳醚酮分子鏈堆砌排列緊密，所以溶劑小分子不容易進(jìn)入聚合物內(nèi)部，這樣這類聚合物就具有良好的耐化學(xué)腐蝕性，現(xiàn)研究的聚芳醚酮主要含有以下幾種：聚醚醚酮，聚醚酮，聚醚酮酮，聚醚醚酮酮等。

通過在聚醚酮聚合物中引入不同結(jié)構(gòu)側(cè)基，使其具有不同支化結(jié)構(gòu)，并使其與具有不同官能團(tuán)的單體反應(yīng)，也可以使其交聯(lián)，從而使其具有不同性能，所以現(xiàn)在越來越多的研究是關(guān)于設(shè)計(jì)出不同類型的聚醚酮材料結(jié)構(gòu)，使其具有不同的熱力學(xué)性質(zhì)，從而滿足不同的需求。下面主要介紹幾種不同類型的功能化聚芳醚酮材料。

1 質(zhì)子交換膜

質(zhì)子交換膜(Proton Exchange Membrane)是質(zhì)子交換膜燃料電池的主要部件，它是一種新型環(huán)保材料，它具有功率高，轉(zhuǎn)換率高，便攜等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車和固定發(fā)電站等方面得以應(yīng)用，而基于聚芳醚酮的質(zhì)子交換膜是將聚合物磺化，是在聚芳醚酮的苯環(huán)上引入磺酸基使其具有良好的質(zhì)子傳導(dǎo)能力，因這類材料具有優(yōu)異的熱力學(xué)性能及化學(xué)穩(wěn)定性而受到越來越多的關(guān)注，磺化程度作為影響膜傳導(dǎo)性的因素，隨著磺化程度提高質(zhì)子傳導(dǎo)能力也就提高，電導(dǎo)率也就越高[1]。

2 超支化聚芳醚酮

不可否認(rèn)聚芳醚酮擁有許多良好的特征，但正是由于其卓越的力學(xué)性能導(dǎo)致其加工性變差，所以為了克服這一缺點(diǎn)，人們逐漸對(duì)這類超支化聚合物產(chǎn)生了興趣，并經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。吉林大學(xué)姜振華小組對(duì)超支化聚合物進(jìn)行了改進(jìn)，利用A2+B3型單體合成方法合成了新型超支化聚芳醚酮，并利用B3型F作為封端劑，超支化聚醚醚酮擁有良好的應(yīng)用前景[3]。

3 含萘聚芳醚酮材料

含萘聚芳醚酮最早由P.M.Hergenrother等人報(bào)道合成，將萘環(huán)引入聚芳醚酮有助于將其功能化，在很多方面都有應(yīng)用[4]。例如低介電常數(shù)材料，近些年來，我們一直在尋找一種低介電常數(shù)材料，因?yàn)檩镰h(huán)的獨(dú)特空間二面角結(jié)構(gòu)可以增加聚合物自由體積，并且引入萘環(huán)后，其高活性位點(diǎn)可以促進(jìn)聚合物進(jìn)一步和其他化合物反應(yīng)，并且兼具聚芳醚酮的各種優(yōu)異性能，近來成為研究熱點(diǎn)，并且最近也應(yīng)用于質(zhì)子交換膜材料中，通過引入萘環(huán)，其剛性結(jié)構(gòu)使之形成一種疏水結(jié)構(gòu)，保持了聚合物在水中較高溫度時(shí)的形態(tài)和性能，并且能夠增大質(zhì)子傳導(dǎo)率，并且引入非對(duì)稱性萘環(huán)可以是降低分子鏈堆砌的規(guī)整性，從而使聚合物結(jié)晶性和熔點(diǎn)降低，綜上，含萘環(huán)結(jié)構(gòu)聚芳醚酮擁有良好的應(yīng)用前景。

4 光波導(dǎo)材料

傳統(tǒng)光波導(dǎo)材料如石英光纖等雖然具有衰減小，速度快等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于光電通信過程中，但是其有成本高，成型加工復(fù)雜的缺點(diǎn)，所以有機(jī)聚合物類光波導(dǎo)材料成為新一類研究對(duì)象，大連理工蹇錫高課題組研發(fā)了一系列含二氮雜萘酮結(jié)構(gòu)的聚芳醚酮材料——二氮雜萘酮聯(lián)苯類聚芳醚酮、聚芳醚酮酮、聚芳醚砜酮等。研究表明這類聚合物擁有良好的溶解性，并且對(duì)這些材料進(jìn)行光電方面的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)其有較大的雙折射，適用于應(yīng)用在偏折射器件方面，對(duì)降低光損耗方面進(jìn)行更深入的研究，采用旋涂成膜工藝將其制成光波導(dǎo)薄膜并進(jìn)行改性，所以基于聚芳醚酮的光電材料在未來擁有很好的應(yīng)用前景。