CN101747509A - 聚砜酰胺-双端胺基聚乙二醇共聚物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇的嵌段共聚物材料及其制备方法。本发明采用了两步法制备聚砜酰胺-胺基封端聚乙二醇嵌段共聚物，第一步：首先用低温溶液聚合方法合成酰氯封端的聚砜酰胺预聚物，再合成双端胺基的聚乙二醇；第二步：将酰氯封端的聚砜酰胺和胺基封端的聚乙二醇，将两种预聚物混合后低温通氮气保护下反应得到聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇的嵌段共聚物。经产物经红外图谱分析确定为聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇共聚物；产物经TGA谱图分析，发现其有极好的热性能，Tg在280℃左右，而50％质量损失温度在500℃左右；产物在有机溶剂中的溶解性能有所提高，拓宽了聚砜酰胺的加工成型性。

Description

聚砜酰胺-双端胺基聚乙二醇共聚物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚砜酰胺共聚物及其制备方法。特别是一种聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇嵌段共聚物及其制备方法

背景技术

聚砜酰胺纤维作为我国唯一的一种具有自主知识产权的耐高温纤维产品，它对于打破国外公司对于同类产品的垄断地位，具有着重要的意义。聚砜酰胺是由4，4’-二胺基二苯砜和对苯二甲酰氯在N，N’-二甲基乙酰胺中低温缩聚而成，由于其大分子链上存在强吸电子的砜基，并有苯环的双键共轭作用，使聚砜酰胺具有优异的耐热性，可用来制成一些特殊的专用服装，如抗辐射服、代偿服、作战服以及消防服等；还可用于制作钢盔等军用品。

目前，聚砜酰胺领域的研究较少，而聚砜酰胺领域的研究又主要集中在如何提高纤维的力学性能上，对聚砜酰胺加工性能的改性鲜有报道。专利CN1528820介绍了一种聚砜酰胺/粘土纳米复合材料，此发明采用单体溶液插层原位聚合的技术，主要工艺步骤是将有机粘土分散在有机溶剂中，再将芳香二胺加入上述溶液并搅拌形成单体插层溶液，在搅拌的条件下加入对苯二甲酰氯进行缩聚反应制得复合材料。此方法制得的复合材料具有良好的力学性能，可适宜制作各种专业用的防护服和军用服装。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇嵌段共聚物。

本发明的目的之二在于提供该共聚物的制备方法。

为了实现以上的目的，本发明的反应机理为：

根据上述反应机理，本发明采用如下技术方案：

一种聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇共聚物，其特征在于该聚合物AB型线性嵌段共聚物，其结构式为：

其中，m所取数值为34～68，而n所取数值则根据聚合度公式：n＝(1+r)/(1+r-2rp)计算，其中n为聚合度，r为基团数比，在这里r代表的是酰氯基团和胺基基团的比值，p为反应程度，p通常是一个实验值，因此一般在计算公式中我们假设反应完全即P＝100％＝1。

一种制备上述的聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇共聚物的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.制备酰氯封端的聚砜酰胺∶在惰性气氛及冰水浴条件下，将4，4’-二胺基二苯砜与对苯二甲酰氯按1∶(1.05～1.10)的摩尔比溶解于二甲基乙酰胺中，反应5～20分钟，加入三乙胺来中和缩聚反应产生的HCl，使反应向正反应方向进行，三乙胺的摩尔用量为4，4’-二胺基二苯砜摩尔用量的一半，继续反应40～55分钟，最后在室温条件下反应1～3小时，将得到的反应液作为下一步反应的原料；

b.制备双端胺基封端聚乙二醇：将对甲苯磺酰氯溶于吡啶溶液，并将其滴加到聚乙二醇的二氯甲烷溶液中，室温搅拌条件下反应24～30小时；用HCl萃取，有机层加入碳酸氢钠搅拌，再过滤，滤液蒸干得聚乙二醇-对甲苯磺酸酯粗产品；将该粗产品溶于四氢呋喃，再将其滴至乙醚中，析出的沉淀过滤、真空干燥得聚乙二醇-对甲苯磺酸酯，将聚乙二醇-对甲苯磺酸酯连同25％～28％氨水置于密封、耐压的容器中，放入真空密闭容器中40℃反应4～6小时后冷却至室温，用二氯甲烷萃取，有机层中加入140ml1mol/LNaOH水溶液，搅拌1～3小时后静置分出有机层，水洗至pH接近7，蒸干后即得白色蜡状的双端胺基封端聚乙二醇固体；

c.制备聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇共聚物：在惰性气氛及冰水浴条件下，按摩尔比，将上述步骤a所得酰氯封端的聚砜酰胺33-66及上述步骤b所得双端胺基封端的聚乙二醇33-66溶于二甲基乙酰胺中，搅拌反应15～30分钟，加入三乙胺来中和缩聚反应生成的HCl，三乙胺的摩尔用量为聚合物两倍，继续反应30-45分钟，最后在室温条件下，反应8～12小时，将所得产物用去离子水洗涤接近中性后，先后在50℃、80℃下烘干得到聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇共聚物。

本发明将柔性高分子聚乙二醇引入刚性高分子聚砜酰胺，改善了聚砜酰胺的溶解性，制得加工成型性更佳的聚砜酰胺-双端胺基聚乙二醇共聚物。由于采用的聚乙二醇来源广泛，成本低廉。

附图说明：

图1为本发明中所合成的聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇共聚物的红外谱图。

图2为本发明中所合成的聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇共聚物的TGA图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细描述。

实施例1：将6.2g4，4’-二胺基二苯砜溶解于87mlN，N’-二甲基乙酰胺中，在通氮气、冰水浴、250rad/min搅拌的条件下，加入5.2g对苯二甲酰氯，反应10min加入三乙胺，继续反应50min，最后在室温条件下反应3h制得酰氯封端聚砜酰胺溶液。分别将干燥过的24.50g聚乙二醇(分子量1500)溶于122ml无水氯化钙处理过的二氯甲烷，12.64g对甲苯磺酰氯溶于37ml吡啶溶液，在强力搅拌的条件下，将后者缓慢滴加到前者中，室温反应24h。用260ml的3mol/L的HCl萃取得有机层并加入5g碳酸氢钠搅拌，再过滤，滤液蒸干得聚乙二醇-对甲苯磺酸酯粗产品。在40℃搅拌下将粗产品溶于9ml四氢呋喃，再将溶液逐滴滴至搅拌的乙醚(450ml)中，将析出的沉淀过滤真空干燥得纯净物，将其连同25％～28％氨水(170ml)置于密封、耐压的容器中，放入真空烘箱密闭反应4h后冷却至室温，用(120ml)二氯甲烷萃取，向有机层中加入140ml的1mol/L NaOH水溶液，搅拌2h后静置分出有机层，水洗至中性，蒸干后即得双端胺基封端聚乙二醇。取2.7g酰氯封端聚砜酰胺溶于N，N’-二甲基乙酰胺(10g)，在通氮气、冰水浴、250rad/min搅拌的条件下，加入2g双端胺基封端聚乙二醇，反应15min加入1g三乙胺，继续反应45min，最后在室温条件下，反应12h。将所得产物用去离子水洗涤接近中性后，在50℃、80℃下烘干得到加工成型性更加的聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇共聚物。

实施例2：将6.2g4，4’-二胺基二苯砜溶解于87mlN，N’-二甲基乙酰胺中，在通氮气、冰水浴、250rad/min搅拌的条件下，加入5.2g对苯二甲酰氯，反应15min加入三乙胺，继续反应45min，最后在室温条件下反应3h制得酰氯封端聚砜酰胺。分别将干燥过的24.50g聚乙二醇(分子量1500)溶于122ml无水氯化钙处理过的二氯甲烷，12.64g对甲苯磺酰氯溶于37ml吡啶溶液，在强力搅拌的条件下，将后者缓慢滴加到前者中，室温反应24h。用260ml的3mol/L的HCl萃取得有机层并加入5g碳酸氢钠搅拌，再过滤，滤液蒸干得聚乙二醇-对甲苯磺酸酯粗产品。在40℃搅拌下将粗产品溶于9ml四氢呋喃，再将溶液逐滴滴至搅拌的乙醚(450ml)中，将析出的沉淀过滤真空干燥得纯净物，将其连同25％～28％氨水(170ml)置于密封、耐压的容器中，放入真空烘箱密闭反应4h后冷却至室温，用(120ml)二氯甲烷萃取，向有机层中加入140ml的1mol/L NaOH水溶液，搅拌2h后静置分出有机层，水洗至中性，蒸干后即得双端胺基封端聚乙二醇。取5.3g酰氯封端聚砜酰胺溶于N，N’-二甲基乙酰胺(20g)，在通氮气、冰水浴、250rad/min搅拌的条件下，加入1g双端胺基封端聚乙二醇，反应15min加入1g三乙胺，继续反应45min，最后在室温条件下，反应12h。将所得产物用去离子水洗涤接近中性后，在50℃、80℃下烘干得到加工成型性更加的聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇共聚物。

实施例3：将6.2g4，4’-二胺基二苯砜溶解于87mlN，N’-二甲基乙酰胺中，在通氮气、冰水浴、250rad/min搅拌的条件下，加入5.2g对苯二甲酰氯，反应10min加入三乙胺，继续反应50min，最后在室温条件下反应3h制得酰氯封端聚砜酰胺。分别将干燥过的24.50g聚乙二醇(分子量3000)溶于122ml无水氯化钙处理过的二氯甲烷，12.64g对甲苯磺酰氯溶于37ml吡啶溶液，在强力搅拌的条件下，将后者缓慢滴加到前者中，室温反应24h。用260ml的3mol/L的HCl萃取得有机层并加入5g碳酸氢钠搅拌，再过滤，滤液蒸干得聚乙二醇-对甲苯磺酸酯粗产品。在40℃搅拌下将粗产品溶于9ml四氢呋喃，再将溶液逐滴滴至搅拌的乙醚(450ml)中，将析出的沉淀过滤真空干燥得纯净物，将其连同25％～28％氨水(170ml)置于密封、耐压的容器中，放入真空烘箱密闭反应4h后冷却至室温，用(120ml)二氯甲烷萃取，向有机层中加入140ml的1mol/L NaOH水溶液，搅拌2h后静置分出有机层，水洗至中性，蒸干后即得双端胺基封端聚乙二醇。取1.3g酰氯封端聚砜酰胺溶于N，N’-二甲基乙酰胺(10g)，在通氮气、冰水浴、250rad/min搅拌的条件下，加入2g双端胺基封端聚乙二醇，反应15min加入1g三乙胺，继续反应45min，最后在室温条件下，反应12h。将所得产物用去离子水洗涤接近中性后，在50℃、80℃下烘干得到加工成型性更加的聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇共聚物。

实施例4：将6.2g4，4’-二胺基二苯砜溶解于87mlN，N’-二甲基乙酰胺中，在通氮气、冰水浴、250rad/min搅拌的条件下，加入5.2g对苯二甲酰氯，反应15min加入三乙胺，继续反应45min，最后在室温条件下反应3h制得酰氯封端聚砜酰胺。分别将干燥过的24.50g聚乙二醇(分子量3000)溶于122ml无水氯化钙处理过的二氯甲烷，12.64g对甲苯磺酰氯溶于37ml吡啶溶液，在强力搅拌的条件下，将后者缓慢滴加到前者中，室温反应24h。用260ml的3mol/L的HCl萃取得有机层并加入5g碳酸氢钠搅拌，再过滤，滤液蒸干得聚乙二醇-对甲苯磺酸酯粗产品。在40℃搅拌下将粗产品溶于9ml四氢呋喃，再将溶液逐滴滴至搅拌的乙醚(450ml)中，将析出的沉淀过滤真空干燥得纯净物，将其连同25％～28％氨水(170ml)置于密封、耐压的容器中，放入真空烘箱密闭反应4h后冷却至室温，用(120ml)二氯甲烷萃取，向有机层中加入140ml的1mol/L NaOH水溶液，搅拌2h后静置分出有机层，水洗至中性，蒸干后即得双端胺基封端聚乙二醇。取2.7g酰氯封端聚砜酰胺溶于N，N’-二甲基乙酰胺(20g)，在通氮气、冰水浴、250rad/min搅拌的条件下，加入1g双端胺基封端聚乙二醇，反应15min加入1g三乙胺，继续反应45min，最后在室温条件下，反应12h。将所得产物用去离子水洗涤接近中性后，在50℃、80℃下烘干得到加工成型性更加的聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇共聚物。

实施例5：将6.2g4，4’-二胺基二苯砜溶解于87mlN，N’-二甲基乙酰胺中，在通氮气、冰水浴、250rad/min搅拌的条件下，加入5.2g对苯二甲酰氯，反应20min加入三乙胺，继续反应40min，最后在室温条件下反应3h制得酰氯封端聚砜酰胺。分别将干燥过的24.50g聚乙二醇(分子量1500)溶于122ml无水氯化钙处理过的二氯甲烷，12.64g对甲苯磺酰氯溶于37ml吡啶溶液，在强力搅拌的条件下，将后者缓慢滴加到前者中，室温反应24h。用260ml的3mol/L的HCl萃取得有机层并加入5g碳酸氢钠搅拌，再过滤，滤液蒸干得聚乙二醇-对甲苯磺酸酯粗产品。在40℃搅拌下将粗产品溶于9ml四氢呋喃，再将溶液逐滴滴至搅拌的乙醚(450ml)中，将析出的沉淀过滤真空干燥得纯净物，将其连同25％～28％氨水(170ml)置于密封、耐压的容器中，放入真空烘箱密闭反应4h后冷却至室温，用(120ml)二氯甲烷萃取，向有机层中加入140ml的1mol/L NaOH水溶液，搅拌2h后静置分出有机层，水洗至中性，蒸干后即得双端胺基封端聚乙二醇。取5.3g酰氯封端聚砜酰胺溶于N，N’-二甲基乙酰胺(20g)，在通氮气、冰水浴、250rad/min搅拌的条件下，加入1g双端胺基封端聚乙二醇，反应15min加入1g三乙胺，继续反应45min，最后在室温条件下，反应12h。将所得产物用去离子水洗涤接近中性后，在50℃、80℃下烘干得到加工成型性更加的聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇共聚物。

实施例6：将6.2g4，4’-二胺基二苯砜溶解于87mlN，N’-二甲基乙酰胺中，在通氮气、冰水浴、250rad/min搅拌的条件下，加入5.2g对苯二甲酰氯，反应20min加入三乙胺，继续反应40min，最后在室温条件下反应3h制得酰氯封端聚砜酰胺。分别将干燥过的24.50g聚乙二醇(分子量3000)溶于122ml无水氯化钙处理过的二氯甲烷，12.64g对甲苯磺酰氯溶于37ml吡啶溶液，在强力搅拌的条件下，将后者缓慢滴加到前者中，室温反应24h。用260ml的3mol/L的HCl萃取得有机层并加入5g碳酸氢钠搅拌，再过滤，滤液蒸干得聚乙二醇-对甲苯磺酸酯粗产品。在40℃搅拌下将粗产品溶于9ml四氢呋喃，再将溶液逐滴滴至搅拌的乙醚(450ml)中，将析出的沉淀过滤真空干燥得纯净物，将其连同25％～28％氨水(170ml)置于密封、耐压的容器中，放入真空烘箱密闭反应4h后冷却至室温，用(120ml)二氯甲烷萃取，向有机层中加入140ml的1mol/L NaOH水溶液，搅拌2h后静置分出有机层，水洗至中性，蒸干后即得双端胺基封端聚乙二醇。取5.3g酰氯封端聚砜酰胺溶于N，N’-二甲基乙酰胺(20g)，在通氮气、冰水浴、250rad/min搅拌的条件下，加入1g双端胺基封端聚乙二醇，反应15min加入1g三乙胺，继续反应45min，最后在室温条件下，反应12h。将所得产物用去离子水洗涤接近中性后，在50℃、80℃下烘干得到加工成型性更加的聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇共聚物。

本发明所得聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇共聚物经红外谱图分析，参见图1，表1所列数据为红外特征峰的波数，以及这些波数所对应的特征基团。可以确定合成所得产物为聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇共聚物；产物经TGA谱图分析，参见图2，其有极好的热性能，Tg在280℃左右，而50％质量损失温度在500℃左右；产物在有机溶剂中的溶解性能有所提高，表明本发明的共聚物拓宽了聚砜酰胺的加工成型性。

表1：红外特征波数及其所对应的特征基团

Claims (2)

1.一种聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇共聚物，其特征在于该聚合物AB型线性嵌段共聚物，其结构式为：

其中，m所取数值为34～68，而n所取数值则根据聚合度公式：n＝(1+r)/(1+r-2rp)计算，其中n为聚合度，r为酰氯基团和胺基基团的比值，p为反应程度。

2.一种制备根据权利要求1所述的聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇共聚物的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.制备酰氯封端的聚砜酰胺：在惰性气氛及冰水浴条件下，将4，4’-二胺基二苯砜与对苯二甲酰氯按1∶(1.05～1.10)的摩尔比溶解于二甲基乙酰胺中，反应5～20分钟，加入三乙胺来中和缩聚反应产生的HCl，使反应向正反应方向进行，三乙胺的摩尔用量为4，4’-二胺基二苯砜摩尔用量的一半，继续反应40～55分钟，最后在室温条件下反应1～3小时，将得到的反应液作为下一步反应的原料；

b.制备双端胺基封端聚乙二醇：将对甲苯磺酰氯溶于吡啶溶液，并将其滴加到聚乙二醇的二氯甲烷溶液中，室温搅拌条件下反应24～30小时；用HCl萃取，有机层加入碳酸氢钠搅拌，再过滤，滤液蒸干得聚乙二醇-对甲苯磺酸酯粗产品；将该粗产品溶于四氢呋喃，再将其滴至乙醚中，析出的沉淀过滤、真空干燥得聚乙二醇-对甲苯磺酸酯，将聚乙二醇-对甲苯磺酸酯连同25％～28％氨水置于密封、耐压的容器中，放入真空密闭容器中40℃反应4～6小时后冷却至室温，用二氯甲烷萃取，有机层中加入140ml 1mol/LNaOH水溶液，搅拌1～3小时后静置分出有机层，水洗至pH接近7，蒸干后即得白色蜡状的双端胺基封端聚乙二醇固体；

c.制备聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇共聚物：在惰性气氛及冰水浴条件下，按摩尔比，将上述步骤a所得酰氯封端的聚砜酰胺33-66及上述步骤b所得双端胺基封端的聚乙二醇33-66溶于二甲基乙酰胺中，搅拌反应15～30分钟，加入三乙胺来中和缩聚反应生成的HCl，三乙胺的摩尔用量为聚合物两倍，继续反应30-45分钟，最后在室温条件下，反应8～12小时，将所得产物用去离子水洗涤接近中性后，先后在50℃、80℃下烘干得到聚砜酰胺-双端胺基封端聚乙二醇共聚物。

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