CN104725638A - 主链含有三苯胺结构的聚氮苯砜聚合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种主链含有三苯胺结构的聚氮苯砜聚合物及其制备方法,属于高分子材料及其制备技术领域。本发明从聚合物结构设计角度出发,以市售的二氟二苯砜、苯胺单体为原料,在碱性环境下,成功的制备了主链含有三苯胺单元结构的一系列聚芳砜共聚物。使用该方法制备的聚合物因原料价格便宜、易于采购,所以具有便于大规模生产的优势,使其更具有一定的实际应用价值。本发明所合成的聚合物,主链中的三苯胺结构为其提供了出色的光学性质,而主链结构中的苯砜结构为聚合物提供了良好热稳定性和优异的溶解性,又有较高的分子量,进一步保证了良好的成膜性,使其在电致发光、记忆存储和空穴传输等领域将得到良好的应用。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料及其制备技术领域,具体涉及一种主链含有三苯胺结构的聚氮苯砜聚合物及其制备方法。
背景技术
三苯胺是以氮原子为中心,具有螺旋桨结构的非平面分子构型的化合物:这一结构特点促使三芳胺类的化合物能够在电场的作用下易于的形成氨离子的自由基,从而使这一结构具有良好的空穴的传输的性能。这种的独特的自由基的性质使三苯胺类的化合物及其衍生的化合物具有较高的空穴的迁移率和较好的传输的性能,因此常常被作为制备光电的材料、空穴的传输的材料的首选结构,相应的材料被广泛的应用于有机的光电的领域。
聚砜类的材料是上世纪的60年代出现的一类在聚合物分子主链上含有砜基基团和芳香基基团的非结晶型的热塑性的工程塑料,这种结构为该聚合物带来了优良的化学稳定性、热的稳定性、耐水解性、耐氧化性、耐绝缘性、耐辐射性等,成为一种非常重要的特种工程塑料,所以被广泛应于机械方面、电子方面、航天方面、交通方面、医疗方面、涂料方面等领域。此类聚合物目前主要有三类产品:双酚A型的聚砜(PSU)、聚芳砜(PSF)、聚醚砜(PES),这类聚合物主要是通过其亲电的取代或亲核的取代来制备的。
如果将二者的特点有机的结合在一起,可能会得到一种成膜性好、空穴传输率高、热稳定性高、机械加工性能优良的理想聚合物空穴传输材料。
在上述技术背景以及市场需要的推动下,本发明利用已商业化生产的原料,通过传统亲和取代缩聚技术,合成了一种主链含有三苯胺结构的聚氮苯砜聚合物,方法简单,成本较低,具有良好的工业化前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种主链含有三苯胺结构的聚氮苯砜聚合物及其制备方法。
本发明从聚合物结构设计角度出发,以市售的二氟二苯砜、苯胺单体为原料,在碱性环境下,成功的制备了主链含有三苯胺单元结构的一系列聚芳砜共聚物。
本发明所述的聚合物结构式如下:
其中,n和m分别表示两种结构单元在聚合物中的数量,m、n分别为大于等于2的整数,且n:m=4:1~1:4。
本发明式(Ⅰ)结构化合物PAS-TPA的制备方法:是将摩尔比为1:1:1.1~1.3的二氟二苯砜单体、苯胺单体和碳酸钾,在氮气保护下加入到环丁砜溶剂中,固含量为20~30%,再加入环丁砜体积20~30%的甲苯作为带水剂;在140~160℃温度下搅拌加热2~5h,然后用带水器移除甲苯和水,再在215~225℃下反应6~9h;反应结束后,将反应液倒入蒸馏水中,经过滤收集固体沉淀,再经蒸馏水和乙醇分别煮沸洗涤后于70~90℃下干燥5~10h后得到深褐色聚合物粉末(产率不低于70%),即PAS-TPA。
本发明式(Ⅱ)结构化合物的制备方法是将摩尔比为1:1-m:m:1.1~1.3(m=0.2~0.8)的二氟二苯砜、苯胺、双酚单体和碳酸钾,在氮气保护下加入到环丁砜溶剂中,固含量为20~30%,并加入环丁砜溶剂体积20~30%的甲苯作为带水剂;在140~160℃温度下搅拌加热2~5h,然后用带水器移除甲苯和水,再在215~225℃下反应6~9h;反应结束后,将反应液倒入蒸馏水中,经过滤收集固体沉淀,再经蒸馏水和乙醇分别煮沸洗涤后于70~90℃下干燥5~10h后得到深褐色聚合物粉末(产率不低于75%),即式(Ⅱ)结构化合物。
本发明的有益效果:
本发明所合成的聚合物,主链中的三苯胺结构为其提供了出色的光学性质,而主链结构中的苯砜结构为聚合物提供了良好热稳定性和优异的溶解性,又有较高的分子量,进一步保证了良好的成膜性,使其在电致发光、记忆存储和空穴传输等领域将得到良好的应用。本发明获得的这一系列高性能共轭聚合物材料不但具有较好的光电性质,还因为其制备方法简单,原料价格便宜、易于采购,从而具备了适合与大规模生产实用价值。
附图说明
图1:实施例1制备的主链含有三苯胺结构的聚氮苯砜和实施例2中制备的含有双酚A的聚氮苯砜P1系列的核磁谱图。
图2:实施例1制备的主链含有三苯胺结构的聚氮苯砜和实施例2中制备的含有双酚A的聚氮苯砜P1系列的红外谱图。
图3:实施例1制备的主链含有三苯胺结构的聚氮苯砜和实施例2中制备的含有双酚A的聚氮苯砜P1系列的DSC曲线以及玻璃化转变温度Tg的值。
图4:实施例1制备的主链含有三苯胺结构的聚氮苯砜和实施例2中制备的含有双酚A的聚氮苯砜P1系列的TGA曲线和95%失重温度。
图5:实施例1制备的主链含有三苯胺结构的聚氮苯砜和实施例2中制备的含有双酚A的聚氮苯砜P1系列的紫外吸收谱图。
图6:实施例1制备的主链含有三苯胺结构的聚氮苯砜和实施例2中制备的含有双酚A的聚氮苯砜P1系列的荧光发射谱图。
在图1中我们可以通过苯胺上氢(7.98-7.93ppm)的峰强变化和甲基上(1.68-1.71ppm)氢的峰强变观察到三苯胺结构在聚合物中的含量变化。
在图2中我们可以看到:聚合物PSU-TPA的1315cm-1处归属于NAr3的特征吸收峰,1151cm-1处归属于S-O的特征吸收峰,1101cm-1处归属于S-C的特征吸收峰。在PSU-TPA80%、PSU-TPA60%、PSU-TPA40%、PSU-TPA20%的红外谱图中,除了上述PSU-TPA的特征吸收峰被找到外,我们还在1291cm-1、1239cm-1、1009cm-1三处找到了归属于Ar-O-Ar的特征吸收峰。对比发现,C-N(1315nm左右)峰强度逐渐变弱至消失;-CH3信号峰(2965nm、1400nm、1365nm)和Ar-O-Ar(1240nm、1010nm)的信号峰从没有,到出现并逐渐增强的变化过程。
在图3中我们可以看到聚合物的玻璃化转变温度Tg在160~213℃之间,具有较好的热学性能。
在图4中我们可以看到聚合物的95%失重温度随着三苯胺结构含量的减少而上升,从460℃上升至505℃,具有良好的热稳定性。
在图5中PAS-TPA是溶解于NMP中,PSU-TPA80%、PSU-TPA60%、PSU-TPA40%、PSU-TPA20%是溶解于三氯甲烷中。PAS-TPA有两个吸收峰,波长处于220nm、361nm的吸收峰均为分子内苯环的π-π*电子跃迁所致。PSU-TPA80%、PSU-TPA60%、PSU-TPA40%、PSU-TPA20%都有两个相似的吸收峰,波长处于261-265nm、351-360nm则为分子内苯环π-π*电子跃迁所致。
在图6中聚合物PAS-TPA和PSU-TPA80%、PSU-TPA60%、PSU-TPA40%、PSU-TPA20%的荧光最大发射峰处于409nm~425nm范围内,属于蓝色光发射。
表1是实施例1制备的主链含有三苯胺结构的聚氮苯砜和实施例2中制备的含有双酚A的聚氮苯砜P1系列在NMP相中的特性粘度数据和实施例2中制备的含有双酚A的聚氮苯砜P1系列溶于DMF相的GPC数据。
从表1中可以看出该系列聚合物分子量普遍偏低,数均分子量Mn不超过15.1kDa。粘度测试也表明了同样的现象,而且通过对比可以认为PAS-TPA的Mn也应该在10.0kDa以上。
表1:实施例1和实施例2产物溶于NMP相的黏度数据和实施例2产物溶于
DMF相的GPC数据
聚合物 | 数均分子量Mn | 重均分子量Mw | 分散数 | 黏度 |
(单位:kDa) | (单位:kDa) | (Mw/Mn) | ||
PAS-TPA | - | - | - | 0.178 |
PSU-TPA80% | 12.8 | 16.4 | 1.4 | 0.181 |
PSU-TPA60% | 10.7 | 19.6 | 1.8 | 0.114 |
PSU-TPA40% | 10.1 | 20.1 | 2.1 | 0.127 |
PSU-TPA20% | 15.1 | 31.6 | 2.1 | 0.187 |
具体实施方式
实施例1:聚合物PAS-TPA的制备
将苯胺(0.93g,10mmol),4,4′-二氟二苯砜(2.54g,10mmol),环丁砜(12mL),碳酸钾(1.52g,11mmol)和甲苯(4mL)加入到装有机械搅拌、带水器、冷凝管和氮气通口的三口圆底烧瓶内。在160℃加热2h,然后用带水器移除甲苯和水,再将反应温度提升并控制在220℃,8h后溶液的粘度显著增加。停止反应,将溶液倾倒入大量蒸馏水中(300mL)。过滤收集固体沉淀,再经蒸馏水(5×300mL)和乙醇(3×300mL)分别煮沸洗涤后置于烘箱内80℃下10h干燥后得到暗红褐色聚合物粉末(2.16g,产率70%)。
实施例2:聚合物PSU-TPA(80~20)%的制备
将苯胺、双酚A、4,4′-二氟二苯砜、环丁砜、碳酸钾和甲苯加入到装有机械搅拌、带水器、冷凝管和氮气通口的三口圆底烧瓶内。在160℃加热2h,然后用带水器移除甲苯和水,再将反应温度提升并控制在220℃,8h后溶液的粘度显著增加。停止反应,将溶液倾倒入大量蒸馏水中(300mL)。过滤收集固体沉淀,再经蒸馏水(5×300mL)和乙醇(3×300mL)分别煮沸洗涤后置于烘箱内80℃下10h干燥后得到暗红褐色聚合物粉末。
表2:实施例2的药品用量及产率
实施例3:聚合物P2的制备方法
将苯胺、六氟双酚A、4,4′-二氟二苯砜、环丁砜、碳酸钾和甲苯加入到一只配有机械搅拌、带水器、冷凝管和氮气通口的三口圆底烧瓶内。在160℃加热2h,然后用带水器移除甲苯和水,再将反应温度提升并控制在220℃,8h后溶液的粘度显著增加。停止反应,将溶液倾倒入大量蒸馏水中(300mL)。过滤收集固体沉淀,再经蒸馏水(5×300mL)和乙醇(3×300mL)分别煮沸洗涤后置于烘箱内80℃下10h干燥后得到暗红褐色聚合物粉末。
表3:实施例3的药品用量及产率
实施例4:聚合物P3的制备方法
将苯胺、双酚S、4,4′-二氟二苯砜、环丁砜、碳酸钾和甲苯加入到一只配有机械搅拌、带水器、冷凝管和氮气通口的三口圆底烧瓶内。在160℃加热2h,然后用带水器移除甲苯和水,再将反应温度提升并控制在220℃,8h后溶液的粘度显著增加。停止反应,将溶液倾倒入大量蒸馏水中(300mL)。过滤收集固体沉淀,再经蒸馏水(5×300mL)和乙醇(3×300mL)分别煮沸洗涤后置于烘箱内80℃下10h干燥后得到暗红褐色聚合物粉末。
表4:实施例4的药品用量及产率
产物 | 苯胺 | 双酚S | 4,4′-二氟 | 环丁 | 碳酸钾 | 甲苯 | 产物 | 产率 |
二苯砜 | 砜 | 质量 | ||||||
80% | 8mmol | 2mmol | 10.0mmol | 12mL | 11.0mmol | 4mL | 2.99g | 88% |
60% | 6mmol | 4mmol | 10.0mmol | 12mL | 11.0mmol | 4mL | 3.35g | 90% |
40% | 4mmol | 6mmol | 10.0mmol | 13mL | 11.0mmol | 4mL | 3.67g | 91% |
20% | 2mmol | 8mmol | 10.0mmol | 13mL | 11.0mmol | 4mL | 4.05g | 93% |
实施例5:聚合物P4的制备方法
将苯胺、对苯二酚、4,4′-二氟二苯砜、环丁砜、碳酸钾和甲苯加入到一只配有机械搅拌、带水器、冷凝管和氮气通口的三口圆底烧瓶内。在160℃加热2h,然后用带水器移除甲苯和水,再将反应温度提升并控制在220℃,8h后溶液的粘度显著增加。停止反应,将溶液倾倒入大量蒸馏水中(300mL)。过滤收集固体沉淀,再经蒸馏水(5×300mL)和乙醇(3×300mL)分别煮沸洗涤后置于烘箱内80℃下10h干燥后得到暗红褐色聚合物粉末。
表5:实施例5的药品用量及产率
实施例6:聚合物P5的制备方法
将苯胺、联苯二酚、4,4′-二氟二苯砜、环丁砜、碳酸钾和甲苯加入到一只配有机械搅拌、带水器、冷凝管和氮气通口的三口圆底烧瓶内。在160℃加热2h,然后用带水器移除甲苯和水,再将反应温度提升并控制在220℃,8h后溶液的粘度显著增加。停止反应,将溶液倾倒入大量蒸馏水中(300mL)。过滤收集固体沉淀,再经蒸馏水(5×300mL)和乙醇(3×300mL)分别煮沸洗涤后置于烘箱内80℃下10h干燥后得到暗红褐色聚合物粉末。
表6:实施例6的药品用量及产率
实施例7:聚合物P6的制备方法
将苯胺、4,4'-二羟基二苯醚、4,4′-二氟二苯砜、环丁砜、碳酸钾和甲苯加入到一只配有机械搅拌、带水器、冷凝管和氮气通口的三口圆底烧瓶内。在160℃加热2h,然后用带水器移除甲苯和水,再将反应温度提升并控制在220℃,8h后溶液的粘度显著增加。停止反应,将溶液倾倒入大量蒸馏水中(300mL)。过滤收集固体沉淀,再经蒸馏水(5×300mL)和乙醇(3×300mL)分别煮沸洗涤后置于烘箱内80℃下10h干燥后得到暗红褐色聚合物粉末。
表7:实施例7的药品用量及产率
Claims (3)
1.一种主链含有三苯胺结构的聚氮苯砜聚合物,其结构式如下所示:
n和m分别表示两种结构单元在聚合物中的数量,m、n分别为大于等于2的整数,且n:m=4:1~1:4。
2.权利要求1所述式(Ⅰ)结构化合物的制备方法,其特征在于:是将摩尔比为1:1:1.1~1.3的二氟二苯砜单体、苯胺单体和碳酸钾,在氮气保护下加入到环丁砜溶剂中,固含量为20~30%,再加入环丁砜体积20~30%的甲苯作为带水剂;在140~160℃温度下搅拌加热2~5h,然后用带水器移除甲苯和水,再在215~225℃下反应6~9h;反应结束后,将反应液倒入蒸馏水中,经过滤收集固体沉淀,再经蒸馏水和乙醇分别煮沸洗涤后于70~90℃下干燥5~10h后得到深褐色聚合物粉末,即式(Ⅰ)结构化合物。
3.权利要求1所述式(Ⅱ)结构化合物的制备方法,其特征在于:是将摩尔比为1:1-m:m:1.1~1.3(m=0.2~0.8)的二氟二苯砜、苯胺、双酚单体和碳酸钾,在氮气保护下加入到环丁砜溶剂中,固含量为20~30%,并加入环丁砜溶剂体积20~30%的甲苯作为带水剂;在140~160℃温度下搅拌加热2~5h,然后用带水器移除甲苯和水,再在215~225℃下反应6~9h;反应结束后,将反应液倒入蒸馏水中,经过滤收集固体沉淀,再经蒸馏水和乙醇分别煮沸洗涤后于70~90℃下干燥5~10h后得到深褐色聚合物粉末(产率不低于75%),即式(Ⅱ)结构化合物。
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Legal Events
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---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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